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Cenci, Stefano (2010) Dispositivi aptici per sistemi di sollevamento industriali. [Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

The operator’s safety is a very crucial issue in heavy duty machines. The dangerousness of the working environment forces the operator to consider several parameters at the same time, and a large amount of practice and concentration are usually required to operate the machine safely. In fact, man-machine interaction is often very poor in these kind of machines. With the aim of improving this interaction and enhancing safety a stability control system based on a simplified
model of the machine and on a 2-degrees-of-freedom force-feedback joystick is proposed. The joystick combines the use of a passive ad an active actuator. Active drives (like motors) can generate high-fidelity sensations but, in general, they have
a poor torque/size ratio, they are expensive and can become dangerous for the operator. On the other hand, passive devices (like brakes) can generate higher torques, are cheaper and safer, however they cannot provide energy to the system but only dissipate it; this feature however reduces the range of sensations that can be rendered to the operator. To partially overcome this limitation an elastic element is placed in series with the brake.
In the first part of this work the stability control system is introduced and the design of the haptic joystick is presented. The second part describes three different control schemes developed to safely control an industrial lifting machine with
this joystick. First experimental data regarding the comparison of the developed control systems are finally illustrated. This works includes also the design of two devices designed to control an electromagnetic brake or an hydraulic-proportionalbrake for future use as passive actuators in the joystick.

Abstract (italiano)

La sicurezza dell’operatore è un aspetto che riveste molta importanza nell’ambito delle macchine da cantiere. La pericolosità dell’ambiente di lavoro costringe l’operatore a valutare svariati fattori allo stesso tempo, inoltre per operare i macchinari in sicurezza è in genere richiesto un lungo periodo di apprendimento e molta concentrazione. Infatti, in questo settore, l’interazione uomo macchina è molto limitata. Allo scopo di migliorare l’interazione e aumentare la sicurezza è stato sviluppato un sistema di controllo della stabilità che fa uso di un modello semplificato della macchina e di un joystick a due gradi di libertà capace di restituire sensazioni di forza. Questo joystick fa uso di un attuatore passivo e di uno attivo. In generale gli attuatori attivi (come i motori) sono caratterizzati dalla capacità di generare stimoli ben controllabili, ma hanno un ridotto rapporto peso/potenza, sono costosi e possono essere fonte di pericolo nei confronti dell’operatore. Gli attuatori passivi (come i freni) possono invece generare coppie maggiori, sono meno costosi e sono sicuri in quanto non possono introdurre
energia nel sistema ma solo dissiparla; questa caratteristica costituisce però una limitazione alle sensazioni che possono essere restituite all’operatore. Per superare questo limite è stato applicato un elemento elastico in serie al freno.
Nella prima parte di questo lavoro viene introdotto il sistema di controllo della stabilità e viene illustrato lo schema costruttivo del joystick aptico. Nella seconda parte sono descritti tre diversi schemi di controllo sviluppati per comandare in sicurezza un sistema di sollevamento industriale. Nella parte finale sono presentati i primi risultati sperimentali effettuati per comparare i vari schemi di controllo che sono stati sviluppati. In questo lavoro è inserito inoltre il progetto di due sistemi che sono stati realizzati per comandare un freno elettromagnetico e un
freno idraulico proporzionale che possono essere usati in futuri test come attuatori passivi per il joystick .

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Rossi, Aldo
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 22 > Scuole per il 22simo ciclo > INGEGNERIA INDUSTRIALE > MECCATRONICA E SISTEMI INDUSTRIALI
Data di deposito della tesi:NON SPECIFICATO
Anno di Pubblicazione:24 Gennaio 2010
Parole chiave (italiano / inglese):sollevatore telescopico, stabilità, joystick aptico, force feedback, attuatore attivo, attuatore passivo, freno elettromagnetico, freno idraulico proporzionale
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/13 Meccanica applicata alle macchine
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Innovazione Meccanica e Gestionale
Codice ID:2660
Depositato il:28 Set 2010 12:39
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Bibliografia

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