Solazzi, Massimiliano

SOMMARIO
L’obiettivo di questo lavoro di tesi è la progettazione di un sistema robotico a 5 gradi di libertà per il posizionamento fine di una sonda ecografica utilizzata per la valutazione della funzione endoteliale dell’arteria brachiale, denominato EchoDev.
Il lavoro è stato svolto presso il laboratorio PERCRO della Scuola Superiore di Studi Universitari e Perfezionamento S. Anna di Pisa, in collaborazione con l’Istituto di Fisiologia Clinica del CNR di Pisa e con la partecipazione della Bracco Imaging SpA, leader mondiale nelle soluzioni per la diagnostica per immagini.
Inizialmente sono state studiate le possibili architetture robotiche utilizzabili, valutando di ognuna i vantaggi e gli svantaggi; scelta la struttura con le caratteristiche più adatte al compito che il robot dovrà svolgere, sono stati studiati la cinematica diretta ed inversa e lo Jacobiano in formato parametrico.
In seguito sono stati definiti i parametri geometrici attraverso la realizzazione di algoritmi di ottimizzazione, con diversi indicatori di performance. Stabilito il criterio più significativo e calcolati di conseguenza i parametri geometrici ottimali, sono stati scelti i dispositivi di attuazione e sono state definite tutte le trasmissioni del moto.
Terminata la progettazione preliminare, è stata affrontata la fase di progettazione meccanica. Tutti i particolari non commerciali e le strutture di sostegno del robot sono stati modellati su CAD tridimensionale; grazie all’ausilio di questo strumento è stata inoltre verificata la cinematica e l’assenza di interferenze tra le varie parti.
Definiti i particolari meccanici che costituiscono EchoDev, è stato studiato il bilanciamento in gravità della struttura, utilizzando sempre il CAD tridimensionale come verifica finale del raggiungimento dell’obiettivo. Infine sono stati realizzati i disegni costruttivi di tutti i particolari non commerciali.
Come ultima fase, è stata identificata la strategia di controllo più adeguata per il robot in questione e ed è stato definito il layout dell’interfaccia di comando.
ABSTRACT
The objective of this thesis is the design of a robotic system with 5 degrees of freedom for the positioning of an echographic probe used for the evaluation of the endothelial function of the brachial artery, called EchoDev.
The research was carried out at PERCRO Laboratory, Sant’Anna School of Advanced Studies, in collaboration with the Institute of Clinical Physiology of the CNR of Pisa and with the participation of Bracco Imaging SpA, world leader in solutions for diagnostics by images.
The study has evaluated first the possible robotic architectures which might be used, estimating their advantages and disadvantages. Once the most suitable structure was chosen, a study was conducted to analyze its direct and inverse kinematics and the Jacobian in parametric format. The next step was to define geometric parameters through the realization of optimization algorithms with different performance indicators. After finding the most significant criterion and calculating, as a result, the optimal geometric parameters, actuation devices were defined, together with the motion transmissions.
After the preliminary design process the phase of mechanical design was tackled. All non commercial items and supporting structures of the robot were modelled using three-dimensional CAD, which was also used to verify the kinematics and the absence of interferences among the different parts. Once the mechanical items of EchoDev were defined, the gravity compensation of the structure was studied and the three-dimensional CAD was used in order to ensure the final achievement of the objective. Working drawings concerning all non commercial items were completed. Finally, the most suitable control strategy for the robot was elaborated as well as the layout of its control console

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Progettazione e sviluppo di un innovativo sistema robotico per il posizionamento fine di una sonda ecografica per la valutazione della funzione endoteliale sull'arteria brachiale e radiale

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