Modelling and Control of Complex Structures: From Ebatronics to Electromechanical Devices and Their Industrial Applications [Modellazione e controllo di strutture complesse: Dall'ebatronica ai dispositivi elettromeccanici e alle loro applicazioni industriali]

La ricerca mira a studiare la modellazione e il controllo di sistemi complessi per contribuire ai crescenti progressi della robotica e dell'ingegneria. Questa ricerca è stata condotta in un laboratorio di robotica verde chiamato Ebatronics, dove sono stati utilizzati componenti sostenibili e riciclati per costruire modelli fisici per gli esperimenti di ricerca. Nella prima fase, è stato effettuato uno studio di identificazione del sistema delle strutture tensegrity. Le strutture di tensegrità sono combinazioni uniche di elementi solidi di compressione e di trazione, in cui gli elementi solidi sono tenuti in posizione con l'aiuto di elementi di trazione. L'adattabilità alla forma e le caratteristiche di leggerezza di queste strutture le rendono adatte ad applicazioni in robotica e ingegneria. Lo studio della modellazione e del controllo di queste strutture complesse apre la strada alla progettazione di meccanismi di controllo migliori per manipolarle per le applicazioni desiderate. È stato sviluppato un attuatore elettromeccanico a molla magnetica azionato da un solenoide, che esegue un movimento lineare. Per valutare le prestazioni dell'attuatore in presenza di diversi input di eccitazione, sono stati eseguiti test di sweep di frequenza. L'attuatore mostra un fenomeno di risonanza a salto non lineare, in quanto il picco di risonanza si sposta verso sinistra, noto come effetto di ammorbidimento della molla. È stato adottato un approccio empirico per trovare la relazione matematica per la forza magnetica tra i magneti permanenti. Per caratterizzare la dinamica dell'attuatore, è stata derivata un'equazione dinamica del secondo ordine. Per ampliare ulteriormente la modellazione di sistemi complessi, è stata creata una piattaforma elettromeccanica vibrante che imita gli scenari reali dei sistemi di vibrazione a bassa frequenza, con l'obiettivo di sviluppare un sistema di soppressione attiva delle vibrazioni. Le reti neurali ipercomplesse a valore quaternione sono state addestrate sui dati dell'accelerometro, del giroscopio e dello spostamento per prevedere la posizione della piattaforma a $n$ passi. I risultati ottenuti mostrano che è possibile sviluppare un sistema di soppressione attiva delle vibrazioni utilizzando i dati di previsione, progettando un'azione di controllo per contrastare le vibrazioni in tempo reale. È necessario sviluppare questo approccio su scala più ampia per realizzare un sistema di soppressione attiva delle vibrazioni di livello industriale. È stata inoltre esplorata l'applicazione di questo studio nel settore sanitario. È stata presentata un'idea innovativa di un sistema di sponde intelligenti per letti medici, finalizzato a prevenire le cadute dei pazienti e a migliorare la sicurezza dei pazienti affetti da delirio. È stata esplorata l'applicabilità di un dispositivo elettromeccanico basato su molle magnetiche per il rilevamento dei movimenti del paziente sul letto, insieme all'idea di sviluppare un attuatore per sollevare e abbassare le sponde del letto. Questa ricerca contribuisce al progresso dell'ingegneria e della robotica studiando la modellazione e il controllo di sistemi elettromeccanici complessi e conducendo esperimenti in modo sostenibile per ridurre l'impatto ambientale. Tuttavia, il confronto di questi sistemi con altri studi è fondamentale per un ulteriore sviluppo. Questa ricerca apre diverse strade per il lavoro futuro per trasformare queste idee innovative in realtà.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2025

Author dc:creator

• ZAFEER, SHAHZEB

Contributors dc:contributor

• BUSCARINO, Arturo

• Ebatronic
• Nonlinear System Modelling
• Tensegrity Structure
• Electromechanical Structure
• Electromechanical Actuator
• Active Vibration Suppression
• Sustainability
• Industrial Application
• Modellazione di sistemi non lineari
• Strutture a tensegrità
• Strutture elettromeccaniche
• Attuatore elettromeccanico
• Soppressione attiva delle vibrazioni
• Sostenibilità
• Applicazione industriale

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

ita

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/691037

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/691037