Design and Control of Robotic Hands

The application of dexterous robotic hands out of research laboratories has been limited by the intrinsic complexity that these devices present. This is directly reflected as an economically unreasonable cost and a low overall reliability. Within the research reported in this thesis it is shown how the problem of complexity in the design of robotic hands can be tackled, taking advantage of modern technologies (i.e. rapid prototyping), leading to innovative concepts for the design of the mechanical structure, the actuation and sensory systems. The solutions adopted drastically reduce the prototyping and production costs and increase the reliability, reducing the number of parts required and averaging their single reliability factors. In order to get guidelines for the design process, the problem of robotic grasp and manipulation by a dual arm/hand system has been reviewed. In this way, the requirements that should be fulfilled at hardware level to guarantee successful execution of the task has been highlighted. The contribution of this research from the manipulation planning side focuses on the redundancy resolution that arise in the execution of the task in a dexterous arm/hand system. In literature the problem of coordination of arm and hand during manipulation of an object has been widely analyzed in theory but often experimentally demonstrated in simplified robotic setup. Our aim is to cover the lack in the study of this topic and experimentally evaluate it in a complex system as a anthropomorphic arm hand system.

La valutazione della sicurezza delle strade esistenti: Il contributo del mobile eye detector.

L’incidente stradale è la conseguenza di uno o più errori all'interno di un sistema complesso, in cui l'uomo rappresenta la principale causa d’incidentalità. Spesso ciò che può apparire a una prima analisi un errore dell’utente, in realtà può essere collegato a problemi di progettazione e gestione dell’infrastruttura. Per massimizzare i risultati nel campo della sicurezza stradale, occorre valutare il “sistema strada” in ogni suo elemento. Per raggiungere questi obiettivi le analisi di sicurezza giocano un ruolo fondamentale. Il Road Safety Review consente di individuare nel tracciato la presenza di situazioni di rischio, in modo tale da eliminarli o attenuarli prima che diano luogo ad incidenti. Il Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti ha emanato le "Linee guida per la gestione della sicurezza delle infrastrutture stradali". Secondo queste Linee Guida l'uomo detiene un ruolo centrale nel sistema. L'uomo deve adattare il suo comportamento, in funzione del veicolo condotto e delle condizioni ambientali. Diventa indispensabile integrare le analisi di sicurezza con il fattore uomo. Obiettivo della tesi è analizzare la sicurezza di un’infrastruttura viaria esistente integrando i risultati ottenuti dal Road Safety Review con metodologie innovative che tengano conto del comportamento degli utenti durante la guida. È stata realizzata una sperimentazione in sito che ha coinvolto un campione formato da 6 soggetti. Ognuno di essi ha percorso il tronco stradale, della SP26 "Valle del Lavino", in provincia di Bologna. La strada, richiede interventi di adeguamento e messa in sicurezza poiché risulta la terza tratta stradale a maggior costo sociale di tutta la rete provinciale. La sperimentazione ha previsto due fasi: la prima, in cui è stato condotto il Road Safety Review . La seconda, in cui ogni soggetto ha guidato lungo il tronco stradale, indossando il Mobile Eye-XG, un'innovativa strumentazione eye tracking in grado di tracciare l’occhio umano e i suoi movimenti.

Gestione strategica parco fornitori: Caso Bonfiglioli Group

a. Introduzione: il capitolo introduttivo tratta il background del lavoro in generale. In esso vengono illustrati inoltre gli scopi e gli obiettivi e la struttura dell’elaborato. b. Framework teorici: Strategicità fornitori e SM Il primo passo nella progettazione di questo elaborato di tesi è stato quello di sviluppare una ricerca nella letteratura della SCM. Secondo Strauss e Corbin (2008) “la domanda iniziale di uno studio qualitativo è spesso ampia ed aperta”. Un modo per sviluppare domande di ricerca è quello si esaminare la letteratura. Viene trattata la strategicità della funzione approvvigionamenti nel Supply Chain Management ed il notevole impatto dei fornitori sulle prestazioni aziendali. c. Supplier Base Reduction: Modello Concettuale. Viene proposto un modello concettuale che si base sulla strategicità della SBR intesa come una strategia di gestione del parco fornitori grazie ai suoi metodi di standardization, elimination e tiering. Tale modello evidenzia l’importanza di eseguirla in contemporanea ad altri metodi, strumenti e strategie molto rilevanti, quali: purchasing strategy, spend analysis per classe merceologica di acquisto, purchasing performance meausurement tramite appositi KPI (i più rilevanti sono lead time e qualità), valutazione e segmentazione del parco fornitori. In tal modo sarà immediato individuare i fornitori critici da eliminare e quelli più performanti con cui stabilire dei rapporti di partnership e di fornitura integrata. d. Case Study: Bonfiglioli Riduttori Dopo un excursus sulla struttura aziendale di Bonfiglioli Riduttori, le sue Business Unit, le diverse filiali ed i suoi principali prodotti, viene riportata una breve analisi dell’intera supply chain. Successivamente viene trattata la necessità di aumentare le performance aziendali (date le stringenti richieste di mercato in termini di qualità e puntualità nelle consegne) e di non perdere la competitività acquisita precedentemente. Inoltre si enfatizza l’importanza della funzione approvvigionamenti nel raggiungimento degli obiettivi aziendali. e. Applicazione del modello concettuale al caso Dal modello concettuale si hanno gli input per definire il piano esecutivo del caso di studio in esame. Verranno trattati: analisi di Pareto per categoria merceologica, monitoraggio KPI per fornitore e categoria merceologica (con relativa griglia di misurazione delle performance globale), segmentazione fornitori per categoria tramite Commodity Pyramids, attuazione di azioni correttive generiche (quali le tecniche SBR e la partnership con i fornitori più performanti) e puntuali (quality improvement, ridefinizione dei piani di consegna, condivisione della programmazione, applicazione di bonus o penalità). f. Risultati ottenuti ed attesi Dopo aver riportato i risultati di alcuni esempi di macrocategorie merceologiche d’acquisto, si analizzano i risultati globali della razionalizzazione del parco fornitori e dell’implementazione di rapporti di partnership con annessi i relativi benefici per le performance dell’organizzazione. Si propone inoltre una revisione dei meccanismi di selezione dei fornitori tramite l’ideazione di un nuovo modello di vendor rating che rispetti i target prefissati.

Rilevamento fotogrammetrico digitale non convenzionale ed analisi strutturale agli elementi finiti dell'Arco d'Augusto di Rimini

L’Arco d’Augusto di Rimini rappresenta da sempre il monumento simbolo della città; ha visto ogni periodo storico, dei quali riporta tuttora i segni in modo visibile. L’alto valore storico, culturale ed artistico che l’Arco porta con se merita di essere valorizzato, conservato e studiato. E’ stato realizzato un rilievo fotogrammetrico del monumento romano e una successiva analisi strutturale mediante la tecnica F.E.M. Il rilievo è stato eseguito con la moderna tecnica digitale non convenzionale, la quale ha permesso di comprendere quanto essa sia in grado di soddisfare le varie esigenze di rilievo nell’ambito dei Beni Culturali. Nel primo capitolo si affrontano le tematiche relative al rilievo dei Beni Culturali, si concentra poi l’attenzione sul settore della fotogrammetria digitale. Il secondo capitolo è dedicato interamente alla storia dell’Arco d’Augusto, riportando tutti i rilievi dell’Arco realizzati dal Medioevo ad oggi. Il terzo capitolo riporta la serie di restauri che l’Arco riminese ha subito nel corso dei secoli, fra cui i due grandi interventi di restauro: il primo eseguito nel 1947 dall’Ing. Rinaldi G., il secondo nel 1996-98 per opera dell’Arch. Foschi P.L. Nel quarto capitolo si parla di come la tecnica fotogrammetrica si presti molto bene all’analisi e al controllo delle deformazioni strutturali. Il capitolo cinque è dedicato al rilievo topo-fotogrammetrico dell’oggetto, affrontato in tutte le sue fasi: ricognizione preliminare,progettazione ed esecuzione delle prese. Il sesto capitolo affronta l’elaborazione dei dati mediante il software PhotoModeler Pro 5. Nel settimo capitolo si confronta il presente rilievo con l’ortofoto realizzata nel 1982 dall’Arch. Angelini R. Il capitolo otto riporta alcune informazioni al riguardo della geomorfologia della zona limitrofa all’Arco. Nell’ultimo capitolo si descrive l’impiego del software agli elementi finiti Straus7 per creare ed elaborare il modello numerico dell’Arco.

Analysis and design of high performance multiphase electric drives for vehicle and aircraft applications

The first part of this thesis has focused on the construction of a twelve-phase asynchronous machine for More Electric Aircraft (MEA) applications. In fact, the aerospace world has found in electrification the way to improve the efficiency, reliability and maintainability of an aircraft. This idea leads to the aircraft a new management and distribution of electrical services. In this way is possible to remove or to reduce the hydraulic, mechanical and pneumatic systems inside the aircraft. The second part of this dissertation is dedicated on the enhancement of the control range of matrix converters (MCs) operating with non-unity input power factor and, at the same time, on the reduction of the switching power losses. The analysis leads to the determination in closed form of a modulation strategy that features a control range, in terms of output voltage and input power factor, that is greater than that of the traditional strategies under the same operating conditions, and a reduction in the switching power losses.

Kinematics and statics of cable-driven parallel robots by interval-analysis-based methods

In the past two decades the work of a growing portion of researchers in robotics focused on a particular group of machines, belonging to the family of parallel manipulators: the cable robots. Although these robots share several theoretical elements with the better known parallel robots, they still present completely (or partly) unsolved issues. In particular, the study of their kinematic, already a difficult subject for conventional parallel manipulators, is further complicated by the non-linear nature of cables, which can exert only efforts of pure traction. The work presented in this thesis therefore focuses on the study of the kinematics of these robots and on the development of numerical techniques able to address some of the problems related to it. Most of the work is focused on the development of an interval-analysis based procedure for the solution of the direct geometric problem of a generic cable manipulator. This technique, as well as allowing for a rapid solution of the problem, also guarantees the results obtained against rounding and elimination errors and can take into account any uncertainties in the model of the problem. The developed code has been tested with the help of a small manipulator whose realization is described in this dissertation together with the auxiliary work done during its design and simulation phases.

Miglioramento delle performance termiche e energetiche degli edifici rurali: valutazione del retrofit di locali per la conservazione del vino su casi studio

Il presente studio si colloca all’interno di una ricerca più ampia volta alla definizione di criteri progettuali finalizzati all’ottimizzazione delle prestazioni energetiche delle cantine di aziende vitivinicole, di dimensioni produttive medio - piccole. Nello specifico la ricerca riguarda la riqualificazione di fabbricati rurali esistenti di modeste dimensioni, da convertire a magazzini per la conservazione del vino in bottiglia. Lo studio si pone come obiettivo la definizione di criteri di analisi per la valutazione di interventi di retrofit di tali fabbricati, volto sia al miglioramento delle prestazioni energetiche dell’involucro edilizio, sia alla riduzione del fabbisogno energetico legato al funzionamento di eventuali impianti di controllo termico. La ricerca è stata condotta mediante l’utilizzo del software di simulazione termica Energy Plus, per ottenere i valori simulati di temperatura interna relativi ai diversi scenari migliorativi ipotizzati, e mediante la successiva definizione di indicatori che esplicitino l’influenza delle principali variabili progettuali sull’andamento delle temperature interne dei locali di conservazione e sul fabbisogno energetico del fabbricato necessario a garantire l’intervallo di temperatura di comfort del vino. Tra tutti gli interventi possibili per il miglioramento della prestazione energetica degli edifici, quelli analizzati in questo studio prevedono l’aggiunta di un isolamento a cappotto delle pareti esterne, l’isolamento della copertura e l’aggiunta di una struttura ombreggiante vegetale esterna. I risultati ottenuti danno una prima indicazione sugli interventi più efficaci in termini di miglioramento energetico e mettono in luce l’utilità del criterio proposto nell’evidenziare le criticità degli interventi migliorativi ipotizzati. Il metodo definito nella presente ricerca risulta quindi un valido strumento di valutazione a supporto della progettazione degli interventi di retrofit dei fabbricati rurali da convertire a magazzini per la conservazione del vino.

Prove sperimentali su componenti di condensatori e messa a punto di una nuova cella di carico

Allestimento di un banco prova e progettazione di una nuova cella di carico estensimetrica per determinare la resistenza meccanica di alcuni tipi di giunzione su componenti di condensatori. Segue un analisi statistica sui risultati ottenuti con esecuzione di analisi della varianza.

Spettroscopia di assorbimento di raggi X: apparato per misure in condizioni di illuminazione ottica differenziale come primo passo verso una misura risolta in tempo della struttura locale di molecole metallo-organiche

Il continuo sviluppo negli ultimi anni di diverse declinazioni della spettroscopia d'assorbimento a raggi X (XAS) con radiazione di sincrotrone ha permesso la determinazione della struttura locale di campioni di ogni tipo, dagli elementi puri, ai più moderni materiali, indagando e approfondendo la conoscenza di quei meccanismi che conferiscono a questi ultimi delle proprietà innovative e, a volte, rivoluzionarie. Il vantaggio di questa tecnica è quello di poter ottenere informazioni sulla struttura del campione soprattutto a livello locale, rendendo relativamente agevole l'analisi di sistemi senza ordine a lungo raggio, quali per esempio i film molecolari. Nell'elaborato verrà preliminarmente illustrata la fenomenologia della XAS e l’interpretazione teorica dell'origine della struttura fine. Saranno successivamente descritte le innovative tecniche di misura che permettono di studiare i cambiamenti della struttura locale indotti dall'illuminazione con luce visibile, inclusi gli esperimenti di tipo pump probe. Un capitolo della tesi è interamente dedicato alla descrizione dei campioni studiati, di cui sono stati analizzati alcuni dati acquisiti in condizioni statiche. Quest'analisi è stata compiuta sfruttando anche dei cammini di multiplo scattering dedicando particolare attenzione alla trattazione del fattore di Debye Waller. Nella parte principale della tesi verranno descritti la progettazione ed il test di un apparato sperimentale per l'acquisizione di spettri differenziali da utilizzare alla beamline BM08 dell'European Synchrotron Radiation Facility di Grenoble. Saranno presentate principalmente le modifiche apportate al software d'acquisizione della linea e la progettazione di un sistema ottico d'eccitazione da montare nella camera sperimentale. Nella fase di studio dell'ottica è stato creato in LabView un simulatore basato sul metodo Monte Carlo, capace di prevedere il comportamento del sistema di lenti.

Disamina dell'effetto dei trattamenti superficiali sulle prestazioni a fatica di diversi materiali metallici

Lo studio del comportamento a fatica dei componenti è uno degli aspetti principali della progettazione. I trattamenti superficiali permettono di migliorare la resistenza dei componenti sollecitati a fatica. A tale scopo, in questo documento sono stati analizzati alcuni trattamenti superficiali applicati a differenti materiali metallici per valutarne una eventuale applicazione.

Performance analysis of ray-tracing assisted beamforming techniques for future mm-wave wireless systems.

Il progetto di tesi riguarda principalmente la progettazione di moderni sistemi wireless, come 5G o WiGig, operanti a onde millimetriche, attraverso lo studio di una tecnica avanzata detta Beamforming, che, grazie all'utilizzo di antenne direttive e compatte, permette di superare limiti di link budget dovuti alle alte frequenze e introdurre inoltre diversità spaziale alla comunicazione. L'obiettivo principale del lavoro è stato quello di valutare, tramite simulazioni numeriche, le prestazioni di alcuni diversi schemi di Beamforming integrando come tool di supporto un programma di Ray Tracing capace di fornire le principali informazioni riguardo al canale radio. Con esso infatti è possibile sia effettuare un assessment generale del Beamforming stesso, ma anche formulare i presupposti per innovative soluzioni, chiamate RayTracing-assisted- Beamforming, decisamente promettenti per futuri sviluppi così come confermato dai risultati.

Thermoelectric properties of TiNiSn and Zr 0.5 Hf 0.5 NiSn thin films and superlattices with reduced thermal conductivities

Durch steigende Energiekosten und erhöhte CO2 Emission ist die Forschung an thermoelektrischen (TE) Materialien in den Fokus gerückt. Die Eignung eines Materials für die Verwendung in einem TE Modul ist verknüpft mit der Gütezahl ZT und entspricht α2σTκ-1 (Seebeck Koeffizient α, Leitfähigkeit σ, Temperatur T und thermische Leitfähigkeit κ). Ohne den Leistungsfaktor α2σ zu verändern, soll ZT durch Senkung der thermischen Leitfähigkeit mittels Nanostrukturierung angehoben werden.rnBis heute sind die TE Eigenschaften von den makroskopischen halb-Heusler Materialen TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn ausgiebig erforscht worden. Mit Hilfe von dc Magnetron-Sputterdeposition wurden nun erstmals halbleitende TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn Schichten hergestellt. Auf MgO (100) Substraten sind stark texturierte polykristalline Schichten bei Substrattemperaturen von 450°C abgeschieden worden. Senkrecht zur Oberfläche haben sich Korngrößen von 55 nm feststellen lassen. Diese haben Halbwertsbreiten bei Rockingkurven von unter 1° aufgewiesen. Strukturanalysen sind mit Hilfe von Röntgenbeugungsexperimenten (XRD) durchgeführt worden. Durch Wachstumsraten von 1 nms 1 konnten in kürzester Zeit Filmdicken von mehr als einem µm hergestellt werden. TiNiSn zeigte den höchsten Leistungsfaktor von 0.4 mWK 2m 1 (550 K). Zusätzlich wurde bei Raumtemperatur mit Hilfe der differentiellen 3ω Methode eine thermische Leitfähigkeit von 2.8 Wm 1K 1 bestimmt. Es ist bekannt, dass die thermische Leitfähigkeit mit der Variation von Massen abnimmt. Weil zudem angenommen wird, dass sie durch Grenzflächenstreuung von Phononen ebenfalls reduziert wird, wurden Übergitter hergestellt. Dabei wurden TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn nacheinander abgeschieden. Die sehr hohe Kristallqualität der Übergitter mit ihren scharfen Grenzflächen konnte durch Satellitenpeaks und Transmissionsmikroskopie (STEM) nachgewiesen werden. Für ein Übergitter mit einer Periodizität von 21 nm (TiNiSn und Zr0.5Hf0.5NiSn jeweils 10.5 nm) ist bei einer Temperatur von 550 K ein Leistungsfaktor von 0.77 mWK 2m 1 nachgewiesen worden (α = 80 µVK 1; σ = 8.2 µΩm). Ein Übergitter mit der Periodizität von 8 nm hat senkrecht zu den Grenzflächen eine thermische Leitfähigkeit von 1 Wm 1K 1 aufgewiesen. Damit hat sich die Reduzierung der thermischen Leitfähigkeit durch die halb-Heusler Übergitter bestätigt. Durch die isoelektronischen Eigenschaften von Titan, Zirkonium und Hafnium wird angenommen, dass die elektrische Bandstruktur und damit der Leistungsfaktor senkrecht zu den Grenzflächen nur schwach beeinflusst wird.rn

Criteri di progetto degli elementi dell'area air-side di un aeroporto

Analisi degli aspetti tecnici relativi alla progettazione aeroportuale

Studio della presenza di capodogli (Physeter macrocephalus, Linnaeus 1758) in due aree del Mar Balear mediante metodi acustici passivi

I capodogli (Physeter macrocephalus) sono mammiferi marini con distribuzione cosmopolita; sono presenti anche nel Mar Mediterraneo, soprattutto nella zona occidentale del bacino. Per individuare la presenza di questi animali possono essere utilizzate differenti modalità. Questo studio è stato condotto tramite l’uso di metodi acustici passivi, in quanto i capodogli (P. macrocephalus) sono animali che emettono suoni. L’uso di metodi acustici ha alcuni vantaggi, infatti permette di individuare la presenza di un animale anche se si trova al di sotto della superficie dell’acqua, purché stia emettendo suoni. Le registrazioni possono essere effettuate indipendentemente dalle condizioni meteorologiche e per lunghi periodi di tempo, permettendo la continuità nella raccolta dei dati. Il lavoro di tesi è stato svolto nell’ambito di un Progetto di Ricerca de L’Oceanogràfic di Valencia. Le registrazioni sono state effettuate tramite lo strumento EAR (Ecological Acoustic Recorder) in due aree del Mar Balear, il Mar di Bamba e il Parco Nazionale di Cabrera, in differenti periodi, profondità e con diverse frequenze di campionamento (50 kHz e 5 kHz). I dati ottenuti sono stati analizzati tramite i programmi X-BAT (Extensible Bioacoustic Tool) e Adobe Audition 3.0 al fine di rilevare i pulsi emessi dai capodogli. Per entrambe le aree di studio i dati sono stati elaborati in modo da ottenere modelli giornalieri e stagionali delle ore positive e del numero di pulsi emessi. La presenza di P. macrocephalus è stata confermata in entrambe le aree di studio, e dal confronto delle analisi spettrali dei pulsi si può affermare che, nonostante le differenze, i pulsi registrati in entrambe le aree sono effettivamente emessi da capodogli. Il lavoro di Tesi permette di suggerire che per futuri studi sia applicata la frequenza di registrazione di 20 kHz utilizzando lo strumento SAMARUC, alla cui progettazione ha partecipato L’Oceanogràfic di Valencia.

Jesolo - area "central park". Architetture per la cultura

La tesi rappresenta un intervento architettonico e urbano sull’area destinata al “Central Park”, che si inserisce nel contesto del Masterplan di Jesolo di Kenzo Tange del 1997. Un’analisi delle dinamiche storiche, dello sviluppo della città balneare, dei punti di forza e delle criticità territoriali, ha portato alla definizione dell’area di progetto e delle intenzioni progettuali, sia a scala urbana, sia a scala architettonica. Il progetto si basa sulla creazione di un grande parco centrale che funga da luogo di svago e relax, ma anche da sito privilegiato per lo studio della natura del territorio. All’interno di un sistema di fasce, che scandisce l’intero intervento, è stato progettato un giardino botanico che lega tra loro i quattro edifici destinati allo studio e alla cultura: il museo di storia naturale, la biblioteca, la sala conferenze e i laboratori didattici per bambini. Le architetture sono disposte secondo un sistema lineare che crea una sequenza di spazi chiusi e aperti. La progettazione degli edifici si articola su uno punto di partenza comune, identificato nell’isolato quadrato e nel tipo a corte. Seguendo un principio di trasformazione sperimentato da Oswald Mathias Ungers, ogni architettura ha successivamente raggiunto il proprio sviluppo e le proprie caratteristiche spaziali e volumetriche.