Kinematic indexes and models for performance optimization of parallel manipulators

This Thesis proposes definitions of novel performance indexes for parallel manipulators. The first one, called Direction Selective Index (DSI), can provide uncoupled evaluations of robot translational capabilities along specific directions. Such an index, which might be considered an extension of the traditional manipulability index, overcomes the limitations of manipulability (but also of other popular indexes such as the minimum singular value and the condition number of the Jacobian matrix) which just provides global evaluations of the robot capabilities that are often of limited practical usefulness. Afterwards, a new Task dependent Performance Index (TPI) has been defined based on the extended DSI formulation. TPI is an index aimed at providing evaluations of parallel robot performances in executing specific tasks. What is innovative in the TPI, is its accounting for robot kinematics and task geometrical features concurrently. The experimental investigations carried out on a commercial parallel robot have proved the validity of the hints inferred through the proposed DSI formulation and the reliability of the TPI formulation predictions of the best relative positioning between the robot and the task to be executed. The TPI has also been employed as a design tool in an optimization methodology for choosing the lengths of some selected robot links. Such a method as well as the proposed indexes can therefore be applied to any parallel robot architecture, as long as an inverse Jacobian matrix can be computed

In questa Tesi vengono proposti nuovi indici di prestazione per manipolatori paralleli. Il primo, chiamato Direction Selective Index (DSI), consente di valutare separatamente le capacità di traslazione del robot lungo specifiche direzioni. Tale indice, che può essere considerato una estensione del tradizionale indice di manipolabilità, supera i limiti di quest’ultimo (oltre a quelli di altri indici conosciuti come il minimo valore singolare o il numero di condizionamento della matrice Jacobiana) che dà solo delle valutazioni globali delle capacità del robot che spesso non sono utili dal punto di vista pratico. Successivamente, è stato definito un altro indice, il Task dependent Performance Index (TPI), basato sulla formulazione del DSI. Il TPI ha lo scopo di dare valutare le prestazioni del robot riguardanti l’esecuzione di specifiche operazioni. L’aspetto innovativo del TPI è rappresentato dal tener conto della cinematica del robot e delle caratteristiche geometriche dell’operazione. Gli studi sperimentali condotti su un robot parallelo di uso commerciale hanno dimostrato la validità dei suggerimenti ottenuti attraverso il DSI e l’affidabilità delle previsioni del TPI nell’individuare la migliore posizione relativa tra robot e task da eseguire. Inoltre il TPI è stato utilizzato come strumento di progettazione in un metodo di ottimizzazione per la scelta delle lunghezze di alcuni membri del robot. Una volta ricavata la matrice Jacobiana inversa del robot, gli indici proposti e il metodo di ottimizzazione possono essere applicati a qualsiasi manipolatore parallelo