Sviluppo di un sistema robotico aereo omnidirezionale a rotori orientabili per l'installazione di sensori SHM

La crescente necessità di monitorare lo stato di conservazione delle infrastrutture civili ha favorito lo sviluppo di sistemi di Structural Health Monitoring (SHM), basati sull’impiego di sensori installati direttamente sulle strutture. In questo contesto, la robotica aerea rappresenta una possibile soluzione per supportare le operazioni di installazione in aree difficilmente accessibili. Il presente lavoro affronta lo sviluppo dell’OmniQuad, un prototipo esistente di quadrirotore dotato di quattro gruppi propulsivi orientabili radialmente, in vista del suo impiego per l’installazione di sensori SHM mediante Aerial Physical Interaction. A partire dal prototipo esistente, viene condotta una caratterizzazione della piattaforma e viene ripreso il modello del sistema di attuazione, utilizzato per analizzare l’insieme dei wrench generabili in presenza dei limiti degli attuatori. Il modello viene quindi impiegato per studiare l’integrazione di un manipolatore rigido e confrontare una configurazione sbilanciata con una configurazione controbilanciata, sia in condizioni di hovering sia durante la fase di interazione. Il confronto viene condotto attraverso gli inviluppi di forza e momento e mediante la valutazione dell’autorità attuativa residua, sia statica sia dinamica. I risultati evidenziano il beneficio del controbilanciamento, che riduce il momento statico da compensare e incrementa i margini disponibili per la stabilizzazione del velivolo. La procedura adottata mantiene inoltre validità generale e può essere applicata ad ulteriori configurazioni della piattaforma. Il lavoro comprende inoltre l’analisi dell’architettura di controllo implementata in PX4, con particolare attenzione alla Control Allocation, e la revisione dell’ambiente di simulazione PX4–Gazebo. Il modello simulativo viene riconfigurato in modo coerente con la piattaforma reale e utilizzato per riprodurre il comportamento della configurazione nominale. Nel complesso, il lavoro fornisce una metodologia integrata per la caratterizzazione, l’analisi e lo sviluppo dell’OmniQuad in funzione del futuro task di installazione aerea di sensori SHM. I risultati ottenuti costituiscono la base per la successiva realizzazione e validazione sperimentale della configurazione proposta.