Analisi dinamica inversa di un manipolatore a 3 cavi sottovincolato

I robot ad architettura parallela sono meccanismi robotici a catena chiusa. Se al posto di membri rigidi estensibili, come collegamenti tra base e piattaforma, si utilizzano dei cavi avvolgibili allora si parla di manipolatori paralleli a cavi. Nel primo capitolo si mettono a confronto robot seriali e paralleli, si descrivono le caratteristiche dei manipolatori paralleli a cavi e si presentano alcune attuali applicazioni. Nel secondo capitolo si forniscono richiami fondamentali di cinematica e dinamica del corpo rigido e si fanno alcuni cenni alla teoria dei torsori. Nel terzo capitolo si affronta il problema geometrico-statico inverso di un robot parallelo a tre cavi. Nel quarto capitolo si affronta il problema della dinamica inversa, che è sempre da risolvere nei casi in cui si abbiano forze inerziali rilevanti e si desideri raggiungere livelli di accuratezza elevati. Nel quinto capitolo si descrive il codice di simulazione Matlab-Adams. Nel sesto capitolo si descrive la componentistica meccanica ed elettronica del prototipo di laboratorio di manipolatore parallelo a tre cavi e si presentano i risultati ottenuti dalle simulazioni combinate Matlab-Adams nei casi di diverse traiettorie percorse a differenti velocità; infine, si mettono in evidenza le differenze tra l’approccio dinamico e quello statico quando le velocità dei motori e le inerzie della piattaforma mobile sono rilevanti.

Studio del campo di velocità per fluidi in moto laminare all'interno di condotti

Lo scopo di questa tesi è quello di ottenere una rappresentazione grafica del profilo di velocità di un fluido all’interno di un condotto. In particolare si studieranno le equazioni di bilancio facendo alcune ipotesi semplificative riguardo il moto del fluido. Si considererà un moto laminare in condizione di completo sviluppo dinamico e convezione forzata. Grazie a queste ipotesi si riuscirà ad ottenere un’equazione semplificata di Navier-Stokes, che permetterà di calcolare l’andamento della velocità all’interno di condotti con qualsiasi forma della sezione. In questo caso si confronterà il profilo di velocità di un condotto a sezione circolare con uno a sezione circolare forata come in uno scambiatore di calore a tubi concentrici. Per risolvere l’equazione di Navier-Stokes e stampare l’andamento delle velocità all’interno della sezione del condotto si è utilizzato il software “Mathematica”, che è stato appreso durante l’attività di tirocinio curriculare. Questo software offre un supporto notevole allo studio matematico di qualsiasi problema. Permette inoltre di avere un riscontro grafico dei risultati ottenuti, direttamente nell’interfaccia utilizzata per la stesura del codice. Per rappresentare il profilo di velocità sarà inoltre utilizzato il metodo degli elementi finiti all’interno di Mathematica, che permetterà di ottenere una soluzione più uniforme e vicina alla realtà. Il metodo degli elementi finiti (FEM) permette di semplificare lo studio del moto di un fluido, in quanto ci dà la possibilità di avere un sistema di equazioni algebriche che ne descrivono il moto, invece di equazioni differenziali e le sue relative condizioni al contorno. Sarà quindi brevemente descritto questo metodo che è stato di grande aiuto tramite l’implementazione della “mesh” su Mathematica.

Progettazione e prototipìa di un polso robotico ad architettura sferica

I robot industriali iniziano a diffondersi in maniera significativa verso la metà degli anni ’70, quando affrontare economicamente il costo legato alla loro progettazione e costruzione risultò più vantaggioso rispetto all’assunzione di manodopera. Nella categoria dei robot industriali rientrano anche i polsi robotici che, posti all’estremità di un braccio meccanico, possono essere impiegati in diverse applicazioni industriali. In questo ambito si inserisce il meccanismo sferico ideato da Wu e Carricato. Esso presenta un’architettura ibrida seriale-parallela e, grazie ad una disposizione simmetrica dei membri che lo costituiscono, è in grado di riprodurre il movimento del polso umano. L’attività svolta e presentata in questo elaborato è stata finalizzata alla progettazione, attraverso l’ausilio dei software Creo e Matlab, sia degli organi che compongono il dispositivo sia della trasmissione meccanica che consente l’attuazione dei 2 gradi di libertà (gdl) posseduti dal meccanismo. Sono state realizzate due versioni CAD del polso; la prima è volta alla realizzazione in materiale plastico dei componenti, sfruttando la tecnologia della stampa 3D, in modo da ottenere un primo prototipo funzionante ed operativo, in cui si sono previsti accoppiamenti rotoidali tra le parti del tipo a strisciamento. Costruito ed assemblato il prototipo in plastica, si è potuta verificare la compatibilità tra precisione costruttiva, tolleranze dimensionali e geometriche garantite dalla stampa 3D e corretto funzionamento del meccanismo. La seconda versione rappresenta una versione ingegnerizzata della precedente. In particolare, prevede la realizzazione in alluminio del polso e la progettazione dei giunti cinematici (principalmente rotoidali) utilizzando accoppiamenti volventi e non a strisciamento. In questo modo si riescono a ridurre le imperfezioni di montaggio ed i notevoli giochi introdotti dall’impiego di componenti in plastica.

Simulatore di Rete NS3 per la valutazione delle prestazioni del sistema LTE

La tesi si incentra sullo studio del simulatore Network Simulator 3 per la simulazione di reti LTE. Si inizia con l'introduzione allo standard LTE, definendone le tecnologie utilizzate e le innovazioni apportate alle reti di comunicazione. Si introduce, quindi, il simulatore ns-3 e ci si sofferma sulle funzionalità utilizzate. Si prosegue con la presentazione e la valutazione di simulazioni del sistema LTE in scenari con uno o due eNodeB e uno o due utenti mobili per verificare il funzionamento del simulatore e del sistema LTE in termini di throughput, ritardi e di funzionalità di handover. Infine, si presentano simulazioni della rete LTE nello scenario di Bologna tramite l'utilizzo del route mobility model per la generazione di traffico realistico. I risultati mostrano il throughput medio percepito da ciascun utente in funzione della copertura effettuata e suggeriscono potenziali sviluppi futuri in termini di copertura e sviluppo di rete.

Validazione del modello di film fluido implementato in OpenFOAM

Le prestazioni dei motori a combustione interna sono fortemente influenzate dalla formazione di un film fluido, a seguito dell'impatto di uno spray con una parete. Nell'ottica di favorire la formazione della miscela e di ridurre le emissioni, lo studio approfondito di tale fenomeno deve essere supportato da un processo di simulazione assistita dal calcolatore. Pertanto, la Fluidodinamica Computazionale (Computational Fluid Dynamics, CFD) ed i modelli ad essa associati rappresentano al giorno d'oggi uno strumento vantaggioso e sempre più utilizzato. In questo ambito si colloca il presente lavoro di tesi, che si propone di validare il modello di film fluido implementato nel software OpenFOAM-2.3.0, confrontando i risultati ottenuti, in termini di altezza del film fluido, con quelli del caso sperimentale di Le Coz et al.

Tecniche innovative di modellazione diretta nell'early stage design

Partendo da un’analisi dei problemi che si incontrano nella fase di conceptual design, si presentano le diverse tecniche di modellazione tridimensionale, con particolare attenzione al metodo subdivision e agli algoritmi che lo governano (Chaikin, Doo – Sabin). Vengono poi proposti alcuni esempi applicativi della modellazione free form e skeleton, con una successiva comparazione, sugli stessi modelli, delle sequenze e operazioni necessarie con le tradizionali tecniche di modellazione parametrica. Si riporta un esempio dell’utilizzo del software IronCAD, il primo software a unire la modellazione parametrica e diretta. Si descrivono le limitazioni della modellazione parametrica e di quella history free nella fase concettuale di un progetto, per arrivare a definire le caratteristiche della hybrid modeling, nuovo approccio alla modellazione. Si presenta brevemente il prototipo, in fase di sviluppo, che tenta di applicare concretamente i concetti dell’hybrid modeling e che vuole essere la base di partenza per una nuova generazione di softwares CAD. Infine si presenta la possibilità di ottenere simulazioni real time su modelli che subiscono modifiche topologiche. La simulazione real time è permessa dalla ridefinizione in forma parametrica del problema lineare elastico che viene successivamente risolto mediante l’applicazione congiunta delle R – Functions e del metodo PGD. Seguono esempi di simulazione real time.

Studio e realizzazione di uno strumento standard per la compilazione di documenti di validazione - Il caso Marchesini Group

La tesi descrive la mia esperienza di tirocinio presso l'azienda Marchesini Group, inserito all'interno dell'Ufficio Validazione Impianti. Dopo un'introduzione sul tema della qualità e dell'affidabilità, della loro evoluzione e della loro rilevanza nel mercato odierno, il cuore dell'elaborato descrive il progetto condotto all'interno dell'azienda. In particolare, la descrizione di uno strumento di standardizzazione per la compilazione di documenti di validazione. Infine è presente un modello di simulazione (realizzato con il software Arena Simulation) per l'analisi di congestioni e colli di bottiglia del macro processo di validazione. Lo stesso modello è stato poi utilizzato per lo studio del sistema dopo l'introduzione dello strumento standard.

Analisi e riprogettazione del meccanismo di apertura della porta di un forno domestico

Il presente lavoro di tesi è stato sviluppato presso l’azienda “Nuova Star” SpA di Zola Predosa, leader mondiale nella produzione di meccanismi di apertura per porte di forni domestici. Gli scopi principali di questi meccanismi sono quelli di bilanciare il peso della porta durante l’apertura della stessa e di generare, a porta chiusa, una opportuna forza di ritenuta che la tenga pressata contro le guarnizioni del forno. L’azienda produce una notevole varietà di modelli, realizzati mediante componenti in lamiera stampata che si basano su varianti dei medesimi meccanismi di base, in particolare un manovellismo di spinta (per ottenere il bilanciamento) e un sistema camma-punteria (per garantire la chiusura). In un’ottica di sperimentazione e innovazione del prodotto, l’azienda ha quindi espresso il desiderio di realizzare un nuovo modello, concepito attraverso un sistema inedito e originale e che allo stesso tempo risultasse più economico rispetto ai vari modelli attualmente in produzione. In particolare questo nuovo meccanismo dovrà sfruttare un sistema a cavi. L’obiettivo di questa tesi è quindi quello di ripensare il meccanismo attualmente esistente, analizzando le proprietà offerte da un sistema a cavi per sfruttarne i possibili vantaggi, sia in termini di funzionamento che di economicità del prodotto finale. A tale scopo si partirà con l’analisi concettuale dell’architettura e del funzionamento dei meccanismi su cui si basano i modelli attualmente in produzione. Si passerà poi a una seconda fase di progettazione concettuale, nella quale verranno ideate e proposte varie soluzioni alternative. Seguirà quindi uno studio articolato nei seguenti punti: - Analisi cinematica e cinetostatica - Analisi e scelta dei parametri ottimali di funzionamento - Disegno costruttivo dei vari componenti - Simulazione multibody del nuovo meccanismo tramite il software MSC Adams;

Analisi e valutazione delle proprietà termiche dello speciale trattamento di anodizzazione G.H.A.

L'argomento principale di questo elaborato è l'analisi delle proprietà termiche del G.H.A .(Golden Hard Anodizing), ovvero un particolare trattamento di trasformazione superficiale dell'alluminio. Nello specifico è stato studiato tramite confronto con la conducibilità termica, la diffusività e l’emissività termica. Per ottenere tali dati sono state svolte prove sperimentali in modo da avere un chiara visione dell'entità di tali proprietà e metterle a confronto con quelle dell'alluminio base e dell'alluminio anodizzato.

Modellazione 3D e analisi dello stato tenso-deformativo di una calandra per la produzione di tubi di acciaio a saldatura elicoidale

Il lavoro di indagine che è stato sviluppato nella presente tesi è volto a valutare, attraverso metodi FEM, ossia tecniche numeriche computazionali, le sollecitazioni e le deformazioni che agiscono sul telaio di uno "Stampo", macchina che realizza l'operazione di calandratura della lamiera nella produzione di tubi di acciaio a saldatura elicoidale. In particolare l’analisi riportata in questo documento può ritenersi uno studio preliminare che ha lo scopo di creare un simulatore tenso-deformativo che permetta di realizzare un futuro lavoro di validazione del modello, quindi esso è stato realizzato nel modo più flessibile possibile, in modo che sia agevole, anche in un secondo tempo, introdurvi delle modifiche. Il Software utilizzato per la realizzazione dell'analisi FEM è Salomé-Meca accompagnato dal risolutore Code Aster. Oltre all'analisi sul Telaio dello Stampo si è effettuato uno studio preliminare, di validità generale, in cui si riportano in dettaglio le operazioni da effettuare per lo studio degli Assembly. In particolare è stato utilizzato il software Efficient per la creazione del file di comando.

Historic Building Information Modelling: il caso della Rocca di San Felice sul Panaro

Il Building Information Modelling nasce da un processo di integrazione sostenibile, basato sull'interoperabilità dei processi. La caratteristica vincente è la circolarietà delle informazioni: ogni informazione è gestita come parametro di un ricco e complesso modello parametrico dell'edificio; la geometria, i materiali, i costi ed i tempi sono gestiti come parametri internamente collegati e quindi variabili di uno stesso sistema. Nel caso di beni storici, la maggior parte degli edifici possiede vincoli intrinseci che influenzano tali parametri. I materiali non possono essere scelti liberamente, in quanto parte di un organismo esistente, la geometria dell'edificio è definita e difficilmente sarà variata negli interventi di recupero. Nella presente tesi si applica il metodo CLOUD2FEM al mondo dell'Historic Building Information Modelling (HBIM) concentrandosi sullo studio della Rocca Estense di San Felice sul Panaro, colpita dal sisma dell'Emilia e attualmente inagibile. La procedura CLOUD2FEM permette di trasformare le informazioni ricavate dal laser scanner in mesh chiuse e regolari, generando in modo semi-automatico un modello FEM 3D. Nel caso di costruzioni complesse, la cui geometria non può essere ricondotta a modelli semplificati, è necessario valutare l'attendibilità del modello strutturale. Nel caso in esame, la validazione è stata condotta mediante il confronto del danno rilevato con il danno simulato. La flessibilità del modello permette di aggiungere dettagli inizialmente non rilevati: ogni informazione è inserita nel modello attraverso un parametro differente, al fine di eseguire analisi sullo stato di fatto e su futuri stati di progetto con semplice aggiornamento dei parametri.

Strumenti di guida ottica per un sistema di marcatura laser

Il percorso di tesi che ho intrapreso è stato svolto presso l'azienda Datalogic, con l'intento di integrare un sistema di visione ad un sistema di marcatura laser. L'utilizzo di questo potente strumento è però vincolato dalla particolare posizione fisica occupata, di volta in volta, dall'oggetto; per questo motivo viene fissato nella posizione desiderata, attraverso dime meccaniche. Fin ad ora si riteneva assolutamente necessaria la presenza di un operatore per il controllo del corretto posizionamento, tramite una simulazione della marcatura. Per ovviare a questo limite strutturale, Datalogic ha pensato di introdurre uno strumento di aiuto e di visione del processo: la camera. L'idea di base è stata quella di impiegare le moderne smart camera per individuare l'oggetto da marcare e rendere quindi il processo più automatico possibile. Per giungere a questo risultato è stato necessario effettuare una calibrazione del sistema totale: Camera più Laser. Il mio studio si è focalizzato quindi nel creare un eseguibile che aiutasse il cliente ad effettuare questa operazione nella maniera più semplice possibile. E' stato creato un eseguibile in C# che mettesse in comunicazione i due dispositivi ed eseguisse la calibrazione dei parametri intrinseci ed estrinseci. Il risultato finale ha permesso di avere il sistema di riferimento mondo della camera coincidente con quello del piano di marcatura del laser. Ne segue che al termine del processo di calibrazione se un oggetto verrà rilevato dalla camera, avente il baricentro nella posizione (10,10), il laser, utilizzando le medesime coordinate, marcherà proprio nel baricentro dell'oggetto desiderato. La maggiore difficoltà riscontrata è stata la differenza dei software che permettono la comunicazione con i due dispositivi e la creazione di una comunicazione con il laser, non esistente prima in C#.

Analisi strutturale di cilindro e pistone in carburo di silicio per un motore a benzina quattro tempi

Nella tesi si è affrontata l'analisi strutturale di cilindro e pistone, dello scrambler Ducati 400cc bicilindrico, utilizzando come materiale il carburo di silicio. Ricavati i risultati tramite un modello agli elementi finiti, sono stati confrontati con il materiale di base,cioè l'alluminio.

Ottimizzazione di una testata per un motore diesel aeronautico

In questo elaborato di tesi ci si è occupati di riprogettare la testata del motore bicilindrico Twin Air del gruppo Fiat. La testata viene ridisegnata al fine di poter destinare questo motore, particolarmente leggero flessibile e dai bassi consumi, ad un uso aeronautico. In questa tesi si è appunto realizzata una nuova testata inserendovi 3 valvole, due di aspirazione e una di scarico, e 2 iniettori per cilinrdo. Una volta completato il disegno sono stati realizzati diversi test attraverso un software di simulazione. In particolare ci si è accertati che la camera di combustione realizzata possa resistere alle alte pressioni e temperature in gioco e che i fluidi scorrano al meglio all'interno dei condotti. Si sono utilizzati i risultati ottenuti per riprogettare iterattivamente la testa ed arrivare a un risultato finale soddisfacente.

Un sistema di domotica per il controllo energetico domestico con tecnologie open-source.

Data la sempre maggiore richiesta di fabbisogno energetico, si è sviluppata una nuova filosofia nella gestione dei consumi energetici, il DSM (demand side management), che ha lo scopo di incoraggiare il consumatore ad usare energia in modo più intelligente e coscienzioso. Questo obiettivo, unito all’accumulo di energia da fonti rinnovabili, permetterà un abbassamento dell’utilizzo dell’energia elettrica proveniente dal consumo di fonti non rinnovabili e altamente inquinanti come quelle a combustibili fossili ed una diminuzione sia del consumo energetico, sia del costo per produrre energia che dell’energia stessa. L’home automation e la domotica in ambiente domestico rappresentano un esempio di DSM. L’obiettivo di questa tesi è quello di creare un sistema di home automation utilizzando tecnologie opensource. Sono stati utilizzati device come board Arduino UNO, Raspberry Pi ed un PC con sistema operativo GNU/Linux per creare una simulazione di un sistema di home automation abbinato alla gestione di celle fotovoltaiche ed energy storaging. Il sistema permette di poter spegnere un carico energetico in base a delle particolari circostanze come, per esempio, il superamento di una certa soglia di consumo di energia elettrica. Il software utilizzato è opensource e mira a poter ottimizzare il consumo energetico secondo le proprie finalità. Il tutto a dimostrare che si può creare un sistema di home automation da abbinare con il presente e futuro delle fonti rinnovabili utilizzando tecnologie libere in modo tale da preservare privacy e security oltre che customizzazione e possibilità di adattamento a diverse circostanze. Nella progettazione del sistema è stato implementato un algoritmo per gestire varie situazioni all’interno di un ambiente domestico. La realizzazione di tale algoritmo ha prodotto ottimi risultati nella raggiungimento degli obiettivi prefissati. Il progetto di questa tesi può essere ulteriormente ampliato ed il codice è reperibile in un repository pubblico.