Identificazione parametri cinematici e degli errori geometrici di un robot collaborativo = Identification of kinematic parameters and geometric errors of a collaborative robot

La prognostica permette di avere una stima della vita utile rimanente di un componente o di un sottosistema. Per fare ciò, è necessario avere dati di comportamenti del sistema in condizioni di funzionamento nominali e non. In quest’ottica, spesso vengono costruiti modelli high-fidelity di componenti in modo da generare set di dati simulati utili per allenare algoritmi data-driven. La calibrazione cinematica di un manipolare industriale permette di identificare dei parametri utili alla costruzione di una replica digitale della macchina. L’obbiettivo di questo lavoro di tesi è quello di identificare i parametri cinematici di un robot manipolatore e di usare tali parametri per poterne individuare gli errori geometrici utili all’implementazione di un modello high fidelity. Il caso studio sul quale si è lavorato è un robot manipolatore UR5 della Universal Robots presente all’interno del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aereospaziale del Politecnico di Torino. L’identificazione cinematica in letteratura è possibile attraverso un processo di calibrazione cinematica, possibile attraverso l’ausilio di un sistema di misura esterno, attrezzatura che non è stata disponibile per questo lavoro. All’interno della memoria del robot sono disponibili le modifiche dei parametri cinematici ottenuti in fase di calibrazione dal costruttore. Questi parametri cinematici non hanno significato fisico e sono inutilizzabili per la cinematica inversa e la costruzione di un modello high- fidelity. A seguito un’approfondita ricerca bibliografica sul processo di calibrazione si è cercato di identificare i parametri cinematici utilizzando diversi metodi di identificazione. Ipotizzando che il modello di rappresentazione del costruttore fosse il motivo dell’assenza di significato fisico, si sono riscritti i parametri cinematici, attraverso una proiezione geometrica, in una convenzione più adatta. Non essendo possibile effettuare un processo di calibrazione si è proceduto con la simulazione della fase di misurazione; questa è stata approssimata utilizzando le pose ottenute attraverso i parametri identificati dal costruttore, come l’output di un sistema di misura esterno. Per la fase di identificazione si sono utilizzati metodi di identificazione deterministici e stocastici quali il metodo di Gauss-Newton e gli Algoritmi genetici. I parametri cinematici ottenuti non sono frutto di una calibrazione, bensì di una identificazione cinematica; data l’assenza di un sistema di misura esterno. Infine, dai parametri cinematici, sono stati calcolati gli errori geometrici degli assi giunto del robot.