Approccio Integrato Model-based ai Processi di Robot-assisted 3D Printing

La modellazione dinamica di manipolatori robotici comporta sfide legate non solo all'acquisizione di dati necessari a identificare i parametri del modello, ma anche alla molteplicità degli ambienti di modellazione, simulazione, calcolo numerico e controllo qualità. In questa tesi viene sviluppata una metodologia di modellazione con l'obiettivo di fare uso di piattaforme integrate, quali 3DEXPERIENCE e MATLAB, ai fini di prevedere il comportamento dinamico del sistema durante l’esecuzione di un processo. Il workflow generato viene poi validato in un caso di studio specifico, tramite la modellazione di un robot collaborativo a 6DOF utilizzato in un processo di stampa 3D e caratterizzato da limitazioni sui sensori implementati e sui movimenti programmabili. Il modello, realizzato in Dymola (parte della piattaforma 3DEXPERIENCE), presenta 202 parametri, identificati e stimati con una metodologia che separa l’identificazione delle inerzie, dell’attrito e delle proprietà del controllore. La prima fase consiste in una stima iniziale proveniente dal CAD successivamente corretta mediante misure sul robot; la seconda prevede misure su traiettorie simmetriche per isolare la coppia d’attrito, escludendo dalla dinamica i termini legati alla velocità e all’accelerazione angolare dei giunti; la terza consiste in un’analisi, in MATLAB, della risposta a un disturbo esterno di coppia. Viene inoltre suggerito un metodo per modellare un’azione di controllo feedforward che compensi gli effetti della gravità. I risultati mostrano che, nonostante i limiti sopra menzionati, è comunque possibile realizzare un modello a parametri concentrati del manipolatore in grado di prevedere gli errori dovuti alla dinamica del robot con un adeguato grado di confidenza. Il modello è stato integrato nel processo complessivo di stampa, validando la capacità del metodo proposto di anticipare il comportamento del sistema durante l’esecuzione del processo. La qualità effettiva del prodotto è valutata tramite la scansione 3D di componenti stampati in più configurazioni, confrontata con le previsioni per individuare eventuali errori aggiuntivi non riconducibili al movimento del robot. Futuri sviluppi potranno estendere la modellazione considerando anche la deposizione del filamento; analizzare la risposta a disturbi vibrazionali e l’effetto di errori parametrici nel calcolo della cinematica inversa; includere fenomeni dovuti alla cedevolezza dei bracci o dei giunti.