Performance Analysis of Cable-Driven Wrench Applicators

I Cable-Driven Wrench Applicators (CDWA) sono sistemi robotici che utilizzano più cavi per generare forze e momenti (wrench) sull'end-effector (EE). In molte applicazioni, solo alcune componenti del wrench devono essere controllate con precisione, mentre le restanti componenti devono essere gestite secondo alcuni criteri. Questa tesi propone un framework per analizzare e confrontare i CDWA con un numero arbitrario di cavi superiore al numero di componenti del wrench da controllare. Il framework introduce tre indici di performance per (i) ottimizzare la distribuzione delle tensioni sui cavi, (ii) valutare le tensioni sui cavi e (iii) analizzare la qualità del wrench applicato. Permette di determinare il numero minimo di cavi necessari, confrontare diverse architetture e supportare la progettazione di nuovi task. L’efficacia del framework è dimostrata attraverso il confronto tra un sistema a 8 cavi e uno a 4 cavi in un contesto di riabilitazione. Le simulazioni e la convalida sperimentale dimostrano che il sistema a 4 cavi, pur richiedendo tensioni più elevate, raggiunge prestazioni comparabili in termini di wrench applicato, offrendo al contempo una maggiore facilità d’uso e semplicità meccanica. Questi risultati suggeriscono che l'ottimizzazione specifica dei robot a cavi per un determinato task può migliorare l'usabilità senza compromettere le prestazioni, fornendo indicazioni rilevanti per la progettazione e l'ottimizzazione di nuovi CDWA.