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ICABOT - Intelligent CAble-driven roBOTs (ICABOT): un approccio adattativo alla progettazione ed al controllo dei robot

tipo: MIUR PRIN 2012 (prot. 20124SMZ88)
periodo: 2014-2016
responsabile: prof. Giulio Rosati

descrizione: La robotica è chiamata a fornire soluzioni efficaci per una gamma crescente di applicazioni. Poiché l'elettronica è sempre meno costosa, v'è una tendenza generale verso sistemi computazionalmente onerosi, ma meccanicamente semplici e economici. Al fine di soddisfare specifiche economiche e ecologiche, i robot devono inoltre possedere un elevato grado di modularità e versatilità, nonché essere energeticamente efficienti. In questa prospettiva, i robot paralleli a cavi (CDPR), che usano un insieme di cavi per controllare la posa dell'organo terminale (EE), offrono soluzioni promettenti. Essi forniscono vantaggi peculiari, quali pesi ridotti, grandi spazi di lavoro, bassi costi di fabbricazione e manutenzione, superiore modularità e riconfigurabilità. Con uno stesso insieme di cavi e attuatori, è possibile realizzare una vasta gamma di manipolazioni, riconfigurando i punti di fissaggio dei cavi e il numero di cavi/attuatori, limitando la maggior parte della personalizzazione all'EE. L'obiettivo del progetto di ricerca è sviluppare, validando con un dimostratore, nuove metodologie e algoritmi per la progettazione e il controllo di una nuova famiglia di robot, che definiamo CDPR Intelligenti (ICABOT). L'ICABOT dovrà adattare rapidamente la propria geometria in funzione del compito da eseguire e dell'ambiente, prima e durante la manipolazione. Il progetto comporterà lo studio di problemi fondamentali concernenti la progettazione meccanica, il modello dinamico e il controllo, e produrrà un'architettura meccanica modulare, un software di progettazione ed un algoritmo di controllo. L'architettura dell'ICABOT comprenderà dispositivi di avvolgimento dei cavi fissati su travi di strutture modulari, o installati su navette mobili per una maggiore versatilità. I cavi potranno essere attuati o meno in funzione della posa e del comportamento dinamico dell'EE; inoltre, essi potranno essere collegati tra loro, con punti di ancoraggio variabili, per creare un'architettura distribuita a rete. Il software di progettazione permetterà di determinare la migliore geometria del robot (in senso lato) per il compito da eseguire. L'algoritmo di controllo adatterà in tempo reale i comandi d'input e la geometria fornita dal software di progettazione, modificando la configurazione e la tensione dei cavi per ottenere le massime prestazioni e/o il minor consumo energetico durante l'esecuzione del compito. L'architettura meccanica, lo strumento di progettazione e l'algoritmo di controllo saranno validati mediante l'implementazione di un dimostratore, che sarà uno dei risultati del progetto. La tecnologia ICABOT darà luogo a una nuova generazione di sistemi robotici adattativi, con applicazione in tutti i campi in cui il basso costo, i ridotti consumi energetici e la versatilità hanno un impatto importante, tra cui la riabilitazione, i servizi, la domotica, l'intrattenimento, i sistemi di soccorso, le operazioni industriali collaborative, ecc. Il progetto ha coinvolto due Unità Operative: quella di Padova (responsabile di Unità e coordinatore nazionale Prof. Giulio Rosati) e quella di Bologna (responsabile di Unità Prof. Marco Carricato).


partner:
Università di Padova, Università di Bologna


Pubblicazioni

G. Rosati, S. Masiero, and A. Rossi
On the use of cable-driven robots in early inpatient stroke rehabilitation
Mechanisms and Machine Science, 47:551-558, 2017

L. Barbazza, D. Zanotto, G. Rosati, and S.K. Agrawal
Optimal design of a reconfigurable end-effector for cable-suspended parallel robots
Mechanisms and Machine Science, 47:267-275, 2017

L. Barbazza, F. Oscari, S. Minto, and G. Rosati
Optimized trajectory planning of pick and place operations to be performed by cable-driven parallel robots
Mechanisms and Machine Science, 47:287-295, 2017

S. Abdolshah and G. Rosati
Improving performance of cable robots by adaptively changing minimum tension in cables
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2017. 18(5):673-680, 2017

L. Barbazza, D. Zanotto, G. Rosati, and S.K. Agrawal
Design and optimal control of an under-actuated cable-driven micro-macro robot
IEEE Robotics and Automation Letters, 2(2):896-903, 2017.

S. Abdolshah, D. Zanotto, G. Rosati, and S.K. Agrawal
Optimizing stiffness and dexterity of planar adaptive cable-driven parallel robots
Journal of Mechanisms and Robotics, 9(3), 2017

L. Barbazza, F. Oscari, S. Minto, and G. Rosati
Trajectory planning of a suspended cable driven parallel robot with reconfigurable end-effector
Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 48:1-11, 2017

L. Barbazza, D. Zanotto, G. Rosati, and S.K. Agrawal
Design and optimal control of an under-actuated cable-driven micro-macro robot
In Proceedings of the 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2017. Accepted for publication, submission no.2981

S. Abdolshah, D. Zanotto, G. Rosati, and S.K. Agrawal
Performance evaluation of a new design of cable-suspended camera system
In Proceedings of the 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2017. Accepted for publication, submission no.2959

Yuanqing Wu, Marco Carricato
Identification and geometric characterization of Lie triple screw systems and their exponential images
Mechanism and Machine Theory, Volume 107, January 2017, Pages 305-323

Idà Edoardo, Berti Alessandro, Bruckmann Tobias, and Carricato Marco
Rest-to-Rest Trajectory Planning for Planar Underactuated Cable-Driven Parallel Robots
Third International Conference on Cable-Driven Parallel Robots, 2017, Quebec, Canada

Giovanni Mottola, Clément Gosselin, and Marco Carricato
Dynamically-Feasible Elliptical Trajectories for Fully Constrained 3-DOF Cable-Suspended Parallel Robots
Third International Conference on Cable-Driven Parallel Robots, 2017, Quebec, Canada

Löwe, Harald, Yuanqing Wu, and Marco Carricato
Symmetric subspaces of SE (3)
Advances in Geometry 16.3 (2016): 381-388

Berti, Alessandro, Jean-Pierre Merlet, and Marco Carricato
Solving the direct geometrico-static problem of underconstrained cable-driven parallel robots by interval analysis
The International Journal of Robotics Research 35.6 (2016): 723-739

Wu, Y., A. Müller, and M. Carricato
The 2D orientation interpolation problem: a symmetric space approach
Advances in Robot Kinematics - ARK 2016, Springer (2016)

Berti, A., Gouttefarde, M. and Carricato, M
Dynamic recovery of cable-suspended parallel robots after a cable failure
Advances in Robot Kinematics – ARK 2016, Grasse, France, pp. 1-9

Abdolshah, S., Rosati, G.
First experimental testing of a dynamic minimum tension control (DMTC) for cable driven parallel robots
Mechanisms and Machine Science, 32, pp. 239-248, 2015

Wu, Y., and M. Carricato
Design of a novel 3-dof serial-parallel robotic wrist: A symmetric space approach
Proceedings of International Symposium on Robotics Research, September 2015

Berti, A., Merlet, J.-P. and Carricato, M
Workspace Analysis of Redundant Cable-Suspended Parallel Robots
Proc. of the 2nd Int. Conference on Cable-Driven Parallel Robots, Springer, Cham, pp. 41-53

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