DEVELOPMENT OF A DIGITAL TWIN FOR A COLLABORATIVE ROBOT

Lo scopo del lavoro di tesi è fornire alle organizzazioni che presentano processi produttivi automatizzati un modello di manipolatore in grado di compiere movimenti configurabili in base alle esigenze, generati in modo ottimizzato e nel rispetto degli ostacoli presenti nell’ambiente di lavoro. La presenza dell’automazione in ambito industriale risale alla fine del Settecento e ha accompagnato l’evoluzione economica fino alla terza rivoluzione industriale, secondo un modello caratterizzato da movimenti rigidamente codificati e ripetitivi, che necessitavano di un intervento umano per essere modificati. La macchina non era in grado di riconoscere la presenza di ostacoli, di trovare autonomamente traiettorie ottimizzate, né di gestire l’ambiente di lavoro con la flessibilità e l’adattabilità tipiche dell’essere umano. L’evolversi della complessità delle produzioni industriali, l’aumento della variabilità dei prodotti processati sulle linee di produzione, la trasformazione degli spazi di lavoro in chiave più razionale e la crescente integrazione tra lavoro umano e automazione portano alla necessità di implementare macchine industriali intelligenti. Questa sfida ha rappresentato il filo conduttore del lavoro di tesi, che da un lato mira a valorizzare le soluzioni tecniche già consolidate, e dall’altro a individuare alternative originali e innovative per ottimizzare i movimenti cinematici del manipolatore. Il manipolatore utilizzato appartiene alla famiglia Innobotics ed è caratterizzato da un’elevata modularità, che consente di ottenere diverse configurazioni in base alle esigenze dell’utilizzatore. Il progetto si sviluppa a partire da un manipolatore a sei gradi di libertà con polso sferico. L’obiettivo dell’elaborato è innanzitutto quello di creare un modello digitale del manipolatore fisico, in grado di rilevare collisioni con gli oggetti presenti nell’ambiente di lavoro e di costruire autonomamente una traiettoria ottimizzata per i movimenti, raggiungendo il punto target secondo le otto configurazioni possibili del manipolatore reale. Considerando l’orizzonte applicativo ingegneristico-industriale, si è scelto di sviluppare un modello di pianificazione della traiettoria che non mirasse esclusivamente alla perfetta ottimizzazione, ma che fosse in grado di bilanciare la correttezza del movimento con l’onere computazionale richiesto per evitare le collisioni con l’ambiente circostante. Tale soluzione bilanciata è stata ottenuta a partire da un modello iniziale grezzo, caratterizzato da un elevato tempo di calcolo e da traiettorie visibilmente non ottimali, successivamente migliorato attraverso diverse revisioni, fino all’implementazione di un modello basato sulla logica RRT. In seguito, l’algoritmo è stato ulteriormente raffinato mediante un approccio euristico volto a ridurre la ridondanza nel percorso tra i nodi, privilegiando la soluzione più diretta, breve e priva di ostacoli. Il risultato ottenuto può essere considerato, nell’ambito dell’automazione, un valido punto di partenza per lo sviluppo di ulteriori miglioramenti volti a rendere ancora più efficiente il movimento del manipolatore. Il risultato complessivo del lavoro è un sistema di manipolazione in grado di compiere movimenti efficienti e ottimizzati, finalizzati alla corretta gestione e manipolazione degli oggetti. Il modello è in grado di riconoscere con un elevato grado di precisione la presenza di ostacoli fissi lungo la traiettoria e di evitarli, preservando la continuità del movimento. L’ambiente simulativo sviluppato, che consente la generazione di traiettorie ottimizzate dal punto di vista sia cinematico sia computazionale, può inoltre essere adattato ed esportato verso altri sistemi di automazione mediante opportune modifiche.