Meccatronica e Modellistica?

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(No Transcript)
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Meccatronica e Modellistica?
• Mechatronics is centered on mechanics,
  electronics, computing, control engineering.
  material engineering which, combined, make
  possible the generation of simpler, more
  economical, reliable and versatile systems. The
  portmanteau "mechatronics" was coined by Tetsuro
  Mori, the senior engineer of the Japanese company
  Yaskawa in 1969

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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Un Sistema Meccatronico è costituito da
• una parte meccanica, formata in genere da più
  corpi (rigidi o flessibili) connessi tra loro in
  modo da consentire moti relativi (sist.
  Multicorpo)
• azionamenti (elettrici, pneumatici etc.)
• sensori
• controllore
• Il modello di tale sistema deve comprendere
  questi elementi

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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Meccatronica e Modellistica?
• La progettazione meccatronica richiede la
  capacità di modellare e simulare il comportamento
  di un sistema meccanico, anche considerando
  linterazione con i sistemi di controllo e gli
  azionamenti.
• Il modello virtuale del sistema consente di
  effettuare test veloci, di prevederne il
  comportamento ed individuare eventuali criticità

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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Le metodologie di modellazione possono poi essere
  implementate in programmi di calcolo che
  consentono la sperimentazione su prototipi
  virtuali con risparmio di costi e tempi rispetto
  a test su prototipi fisici.
• I pacchetti commerciali (MSC.ADAMS) nascondono
  la parte di scrittura e soluzione delle equazioni
  lasciando allutente la modellazione geometrica e
  lingresso dei dati

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• Sistema Multicorpo
• è un insieme di due o più corpi (rigidi o
  flessibili) collegati tra loro in modo che sia
  conservata la possibilità di moto relativo

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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Esempio di sistema multicorpo (meccatronico)?

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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Esempio di sistema multicorpo (meccatronico)?

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• In ambito biomeccanico si hanno applicazioni
  allergonomia, al trattamento delle disabilità
  allo sviluppo di ausili per la deambulazione e la
  mobilità.

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• Esempi di sistemi multicorpo

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Gough Testing machine
Milling operation
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici
Flexible multibody dynamics , Mechanisms
dynamics  , Launch Vehicle Dynamics , Deployable
systems , Robotic systems , Control and
mechatronics, Numerical and computational methods
, Multibody Software development , Active and
passive controls , Nonlinear dynamics and
vibration , Multidisciplinary application
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Automotive
• MB Consente di realizzare modelli e test virtuali

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• Stress in sospensione automobilistica

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• E possibile testare il comportamento di
  componenti hardware (ad es freni, sospensioni)
  allinterno di un sistema più complesso simulato
  via software HIL (hardware in the loop)

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• Schema banco prova HIL

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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Banco prova ABS HIL

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AUTOVEICOLO.
Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Oppure.
• Un modello semplificato di veicolo è codificato
  nella centralina del dispositivo di controllo
  stabilità per stimare lassetto del veicolo stesso

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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici
ESP
ABS
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• Applicazioni non tradizionali
• Forensic mechanics (ricostruzione incidenti
  stradali)

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Modellistica e Simulazione dei Sistemi
Meccaniciprof. V. Lorenzi

• CoordinateUfficio II piano edificio B, uff.
  2.11.Tel[phone] E-mail
  vittorio.lorenzi_at_unibg.it
• Orario di Ricevimento Lunedì 16-17, Mercoledì
  15-17
• Materiale didattico e comunicazionihttp//mech.un
  ibg.it

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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Testi di consultazione
• A. Shabana, Dynamics of Multibody Systems, Wiley.
• G. Legnani, Robotica industriale, Casa Editrice
  Ambrosiana.
• G. Genta, Meccanica dellautoveicolo, Levrotto
  Bella, Torino, 2000
• Esercitazioni
• Le esercitazioni consistono nella risoluzione
  numerica di problemi tramite Matlab e ADAMS.
• Modalità desame
• Lesame consiste in un colloquio orale

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• Orario Lunedì 14-16.00 in aula 11 informatica
• Venerdì 14-16.00 aula 23
• Modalità
• Lezioni teoriche in aula e esercitazioni con
  Matlab e MSC.ADAMS in lab. Informatico
• Conoscenze richieste
• Meccanica Razionale - Meccanica Applicata
  Vibrazioni Meccaniche (?)

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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Cinematica del C.R.
• Collegamenti tra corpi
• Tipologia dei sistemi multibody
• Sistemi di coordinate, vincoli e gradi di libertà
• Classi di problemi
• Cenni sull integrazione tra FEM e multibody

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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici
Posizione di un corpo rigido
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Cinematica del C.R
• Collegamenti tra corpi
• Tipologia dei sistemi multibody
• Sistemi di coordinate, vincoli e gradi di libertà
• Classi di problemi
• Cenni sull integrazione tra FEM e multibody

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Giunti e gradi di libertà
I corpi sono collegati tra loro tramite giunti
I gradi di libertà corrispondono al numero di
coordinate indipendenti che definiscono la
posizione del sistema. Formula di Gruebler
dof6n_corpi-nv
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Giunti e gradi di libertà
si scambiano azioni tramite elementi elastici,
viscosi
Alcuni vincoli legano tra loro solo le velocità
(o le variazioni delle coordinate)
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Cinematica del C.R
• Collegamenti tra corpi
• Tipologia dei sistemi multibody
• Sistemi di coordinate, vincoli e gradi di libertà
• Classi di problemi
• Cenni sull integrazione tra FEM e multibody

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Tipologia di un sistema multicorpo
Un sistema multicorpo può essere a catena aperta
PUMA (Programmable Universal Machine for
Assembly, or Programmable Universal Manipulation
Arm)
o a catena chiusa
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Cinematica del C.R
• Collegamenti tra corpi
• Tipologia dei sistemi multibody
• Sistemi di coordinate, vincoli e gradi di libertà
• Classi di problemi
• Cenni sull integrazione tra FEM e multibody

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Tipi di coordinate
Per definire la posizione si puo usare un set di
coordinate indipendenti o un set esteso di
coordinate dipendenti legate da equazioni di
vincolo

• Un programma general purpose utilizza il
  medesimo set
• coordinate relative
• coordinate cartesiane
• coordinate naturali
• Un programma dedicato può utilizzare formulazioni
  miste

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Modellistica dei Veicoli e dei Sistemi
Meccatronici
Coordinate relative
3 coordinate, 1 gdl, perciò 2 equazioni di vincolo
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Modellistica dei Veicoli e dei Sistemi
Meccatronici
Coord. Cartesiane
9 coordinate, 1 gdl, perciò 8 equazioni di
vincolo
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Coordinate relative in 3D
Molto usata la notazione di Denavit e Hartenberg,
con matrici omogenee 4x4
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Coordinate cartesiane in 3D
Nel caso 3D si usano le coordinate di un punto e
lorientamento. Per definire lorientamento
vengono usati gli angoli di Eulero, di Cardano (3
parametri indipendenti) o set di 4 coordinate
dipendenti (parametri di Rodriguez-Hamilton,
quaternioni, asse di rotazione finita)
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Cinematica del C.R
• Collegamenti tra corpi
• Tipologia dei sistemi multibody
• Sistemi di coordinate, vincoli e gradi di libertà
• Classi di problemi
• Cenni sull integrazione tra FEM e multibody

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Classi di problemi
Analisi cinematica Studio del movimento di un
sistema multicorpo a prescindere dalle forze
agenti assemblaggio, posizione, velocità ed
accelerazione
Analisi dinamica Studio del movimento di un
sistema multicorpo in relazione alle forze
agenti
Sintesi cinematica e dinamica Progetto di un
sistema multicorpo che soddisfa criteri
cinematici o dinamici
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Modellazione
Modellazione
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Vincoli-carichi
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Assemblaggio
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Cinematica
Analisi di posizione e simulazione cinematica
Consente di esaminare il posizionamento del
meccanismo, individuare collisioni, determinare
gli angoli di pressione etc.
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Dinamica e Post-Processing
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Cinematica del C.R
• Collegamenti tra corpi
• Tipologia dei sistemi multibody
• Sistemi di coordinate, vincoli e gradi di libertà
• Classi di problemi
• Cenni sull integrazione tra FEM e multibody

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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici
Elementi flessibili
MBS
Stress
FEM
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Programma in sintesi.
• Sistemi di riferimento, cambi di base e richiami
  sulle operazioni vettoriali.
• Orientamento di un corpo nello spazio, coordinate
  angolari.
• Velocità e accelerazione di un corpo rigido.
• Catena cinematica coordinate indipendenti e
  dipendenti, relative (joint), cartesiane (body),
  naturali.
• Vincoli ed equazioni di vincolo.
• Cinematica di sistema multicorpo
• Dinamica del corpo rigido e di sistemi di corpi
  rigidi equazioni di Lagrange e di Newton Eulero.
  
• Integrazione delle equazioni di moto.
• Sistemi con corpi flessibili
• Cosimulazione per sistema meccatronico

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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• A venerdì.

Prof. Vittorio Lorenzi
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici

• Ricerche in corso (dottorato di ricerca in
  Meccatronica)
• Banco prova HIL di sospensione motociclistica
• Modellazione di attuatori piezoelettrici

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LM Ing. Meccanica
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Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccanici