Layer numerico del digital twin di un robot per applicazioni spaziali = Numerical layer of the digital twin of a robot for space applications

L’impiego di robot per operazioni di In-Orbit Servicing (IOS) rappresenta una soluzione strategica per la manutenzione, l’assemblaggio e l’estensione della vita operativa dei satelliti. Tuttavia, una delle principali sfide di queste operazioni è la gestione del ritardo nelle comunicazioni tra il Ground System e lo Space System, che influisce sull'efficacia del controllo remoto e sulla reattività del sistema robotico. La latenza nella trasmissione dei dati può compromettere la precisione dei movimenti e la sicurezza delle operazioni, rendendo necessaria l’implementazione di strategie avanzate per la mitigazione di tali effetti. In particolare, la necessità di un controllo remoto preciso e affidabile diventa essenziale quando si considera l'intervento su satelliti in orbita, dove eventuali errori potrebbero avere conseguenze critiche. Questa tesi affronta tale problematica attraverso la modellizzazione e la simulazione dei ritardi di trasmissione, oltre alla realizzazione di un digital twin di un manipolatore gonfiabile per applicazioni spaziali, con l’obiettivo di migliorare la gestione e l’affidabilità delle operazioni robotiche a distanza. Nella prima parte del lavoro è stato sviluppato un modello in MATLAB per la simulazione visiva del ritardo nelle comunicazioni, dotato di un’interfaccia grafica interattiva che consente la selezione del satellite destinatario. Questa funzionalità permette di analizzare in modo flessibile e interattivo il comportamento del sistema in diverse condizioni operative. Successivamente, mediante il software CoppeliaSim, è stato possibile controllare un manipolatore gonfiabile robotico sia in spazio giunti che in spazio operativo, analizzando in dettaglio l’impatto del ritardo sulle prestazioni del sistema. La seconda parte del lavoro si concentra sulla modellizzazione del manipolatore attraverso gli ambienti Simulink e SimScape, suddividendo il sistema in tre macro-blocchi: la cinematica differenziale, la modellazione del driver e del motore, e la rappresentazione fisica del robot in SimScape. Quest'ultimo non si limita alla rappresentazione grafica, ma consente la modellazione multi-body dei componenti fisici del manipolatore. Questo approccio ha portato alla realizzazione del layer numerico di un digital twin, permettendo di simulare in modo dettagliato il comportamento del manipolatore. Il digital twin offre la possibilità di testare differenti algoritmi di controllo e verificare la robustezza del sistema in scenari operativi simulati, riducendo così il rischio di guasti o anomalie nel controllo remoto effettivo. Per migliorare ulteriormente il lavoro svolto, è fondamentale realizzare l’accoppiamento tra il modello digitale e il prototipo reale, integrando i sensori del manipolatore fisico con quelli del digital twin.