Laboratorio di Meccanica Applicata alle Macchine

Il laboratorio di Meccanica Applicata alle Macchine è suddiviso in due sezioni: robotica e progettazione. La prima è dedicata all’utilizzo di robot industriali per applicazioni avanzate e alla progettazione e controllo di sistemi meccatronici innovativi, la seconda, basata sulla disponibilità di strumenti CAE di simulazione, è finalizzata alla progettazione meccanica e alla analisi dinamica di sistemi multibody, in particolare in ambito robotico e automotive.

Attrezzatura:

Robot industriali

	COMAU Tricept HP1 con controller C3G+ equipaggiato con tavola automatica porta-utensili: si tratta di un robot ibrido a 6 assi capace di grandi spinte (fino a 15 kN) e caratterizzato da elevata accuratezza e ripetibilità (migliore di 0,03 mm).
	COMAU Smart S4 con controller C3G+: robot antropomorfo a 6 g.d.l, carico massimo complessivo di 250 N, ripetibilità di ±0,1 mm e velocità massima di 1,5 m/s.

Prototipi di ricerca

	I.Ca.Ro. (Innovative CArtesian RObot), robot a 3 assi sviluppato per scopi di ricerca. Ha una architettura meccanica parallela ed è in grado di compiere movimenti di pura traslazione tramite una cinematica di tipo "Cartesiano".
	3-CPU, robot parallelo capace di orientare una piattaforma mobile animata di moto sferico: è molto rigido e capace di elevate accelerazioni, anche grazie all’azionamento dei 3 motori lineari.

Strumentazione Hardware

Azionamenti e motori:

3 motori lineari ad induzione della Phase Motion Control (rotore WVR2/WVR4, statore WVS 20.6.3, convertitore brushless digitale AXV.6.9.4). Capaci di erogare una spinta massima di 184 N alla velocità di 6 m/s, con una accelerazione massima di 14,3 g.
3 motori brushless NX310 della Parvex dotati di resolver, pilotabili in velocità e coppia da convertitori Eurotherm AC 631. Coppia nominale di 2 Nm e velocità massima di 2300 giri/min (@230 V).
3 micromotori squiggle SQL 3.4-10-30 della New Scale Technologies: risoluzione 0,5 µm, spinta max 2 N, corsa 20 mm, peso 1,7 g.
Pinza pneumatica a doppio effetto

Controllori e sistemi di acquisizione:

scheda di controllo DSpace DS1103 con microprocessore da 1 GHz, 4 canali ADC e DAC da 16 bit a ±10V (+4 multiplexati) e resolver con risoluzione di posizione a 24 bit (encoder simulato) a 7 canali analogici di cui 6 da 1,65 MHz e 1 da 600 kHz
controllore Flexmotion della National Instruments su architettura PXI con scheda FPGA
sistema di acquisizione e processamento immagini: Compact Vision System CVS-1456 della National Instruments e video camera CCD della Basler

Strumentazione Software

Virtual.Lab (LMS) per analisi dinamica di sistemi multibody; il software è dotato di specifici moduli per lo studio della dinamica degli autoveicoli e per lo studio di elementi flessibili
Matlab/Simulink (Mathworks) con alcuni toolbox tra cui il "Realtime Workshop" per la prototipazione rapida dei sistemi di controllo.
Labview (National Instruments) per la programmazione di hardware, in particolare della National Instruments
Process Planning Suite (Delmia) per la pianificazione della produzione in linee di produzione
Quest (Delmia) per la realizzazione di simulatori di celle o linee di produzione
SolidEdge (EDS) per la modellazione solida
Ansys (Ansys Inc.) per analisi ad elementi finiti

Attività:

L’attività di ricerca svolta nel laboratorio di meccanica delle macchine ha come principale settore di interesse la robotica: nel laboratorio sono infatti presenti due robot industriali, uno Smart S4 e un Tricept HP1 della Comau; quest’ultimo, caratterizzato da elevate prestazioni di spinta, è stato impiegato all’interno di una cella di formatura incrementale per la lavorazione di alcuni particolari metallici derivanti dal settore automotive.

Il laboratorio dispone inoltre di due prototipi di manipolatori a tre gradi di mobilità, uno di sola traslazione e l’altro di sola rotazione, ideati e progettati dal gruppo di meccanica delle macchine facendo uso degli strumenti CAE di simulazione menzionati. Le principali differenze tra i due si hanno nel sistema di azionamento e nella piattaforma di controllo: moduli lineari (viti a ricircolo di sfere) accoppiati a motori brushless e motori lineari, schede di controllo programmate rispettivamente in Matlab/Simulink e Labview.

Più recente è l’asservimento di un sistema di visione al robot di traslazione finalizzato alla realizzazione di un controllo visuale nello spazio operativo.

Gli strumenti di simulazione, tra cui il software multibody Virtual.Lab per analisi dinamica ed Ansys per analisi ad elementi finiti, hanno consentito lo sviluppo di un progetto di minirobot di rotazione a due assi per operazioni di mini assemblaggio, caratterizzato da una piattaforma vincolata a telaio da un giunto in materiale superelastico pilotata da motori squiggle di piccola taglia.

Un altro settore di interesse affrontato nel laboratorio è quello dell’automotive, principalmente indirizzato allo studio della dinamica verticale e della stabilità in curva di veicoli elettrici drive-by wire a quattro ruote sterzanti.

Tra gli strumenti a disposizione del laboratorio si hanno anche software Delmia per la realizzazione di simulatori di celle e di impianti di produzione, e per la relativa pianificazione della produzione.

Responsabili:

Prof. Massimo Callegari – professore ordinario – tel: 071 220 4444 – e-mail: m.callegari@univpm.it
Ing. Matteo-Claudio Palpacelli – ricercatore – tel: 071 220 4748 – e-mail: m.palpacelli@univpm.it