• giunto miniaturizzato
• chirurgia mininvasiva
• attuazione idraulica

In questo lavoro di tesi, effettuato nell’ambito di una collaborazione tra Scuola Superiore Sant’Anna e Intuitive Surgical Inc., è stato sviluppato il modello matematico accurato di un sistema di attuazione elettroidraulico per una pinza laparoscopica ad 1 grado di libertà.
Tale modello è stato implementato in Simulink, creando così uno strumento software con la duplice utilità di aiuto alla progettazione (grazie alla possibilità di variazione dei parametri fino ad ottenere il comportamento desiderato) e di simulazione realistica dell’apparato fisico.
Per raggiungere un buon livello di accuratezza nella modellazione e nell’individuazione dei parametri utili, il sistema è stato suddiviso nei vari componenti e ciascuno di essi è stato affrontato individualmente: motore, pompa idraulica, valvola a spola attuata da elettromagnete, cilindro – pistone, meccanismo espandibile a catena per la trasformazione del movimento lineare del pistone in rotatorio dell’end effector.
Si è effettuata poi la scelta della strategia di controllo closed loop di posizione adeguata al sistema presentato, ossia ad un sistema dinamico orientato in cui sono presenti non linearità (caratteristica flusso-pressione, presenza di forze d’attrito, guadagno del sistema variabile con la pressione di alimentazione e con la pressione nel carico).
L’utilizzo di un algoritmo proporzionale derivativo, accoppiato con la naturale azione integrativa della valvola a spola, si è rivelato il giusto compromesso tra efficacia e semplicità; i parametri del PD controller sono stati ricavati attraverso la tecnica ‘Automate Tune Variation’, elaborata da Astron e Hagglund.
Nel loop di controllo, in base alle informazioni di un trasduttore di posizione, il controllore elabora un segnale di controllo in corrente che agisce, attraverso un elettromagnete, sullo stelo della valvola.
Al variare dei parametri del sistema controllato, talvolta utilizzando valori noti, talvolta valori semplicemente realistici, si sono individuati quelli più adatti ad una realizzazione fisica del dispositivo di attuazione, valutandone le performances in condizioni significative (vari tipi di andamenti dell’end effector, assenza e presenza di forze di disturbo).
La creazione di un prototipo è stata la naturale conclusione del lavoro sia per testare l’effettiva efficacia descrittiva del modello sia per concretizzare la proposta di un innovativo sistema di attuazione per applicazioni in chirurgia robotica.