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Tesi etd-11162017-133657


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
FUSCO, FRANCESCO
URN
etd-11162017-133657
Title
On formulations of rigid-body contact dynamics amenable to estimation models
Struttura
INGEGNERIA CIVILE E INDUSTRIALE
Corso di studi
INGEGNERIA MECCANICA
Commissione
relatore Prof. Gabiccini, Marco
correlatore Ing. Artoni, Alessio
Parole chiave
  • manipulation
  • controllo ottimo
  • ottimizzazione numerica
  • robotica
  • manipolazione
  • robotics
  • optimal control
  • numerical optimization
Data inizio appello
06/12/2017;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
06/12/2020
Riassunto analitico
L'obiettivo di questo studio è valutare la possibilità di ottenere informazioni sulle caratteristiche di un oggetto sottoposto a contatti intermittenti, rigidi e non, osservandone il moto; in particolare si cercano le sue proprietà inerziali. In caso di risposta positiva, un programma che effettui tale identificazione potrebbe essere implementato su un robot che, manipolando un oggetto, ne apprenda le caratteristiche osservandone la traiettoria di caduta.
Per stimare la validità del programma di identificazione, è risultato necessario dapprima concepire una struttura per un modello di simulazione che fornisse traiettorie realistiche per l'oggetto considerato. Si è giunti alla formulazione di un problema non-lineare di ottimizzazione che sfrutta un approccio newtoniano per il contatto tra oggetti, adatto a trattare un'ampia casistica di modalità di contatto, in particolare quello tra corpi rigidi. La validità dei risultati ottenuti con tale programma è messa in evidenza dal confronto con una diversa formulazione del problema che, utilizzando un approccio diverso da quello newtoniano, dimostra di non fornire risultati altrettanto realistici.
Una volta ottenute traiettorie soddisfacenti dalla simulazione, effettuata su un'ellisse in ambiente bidimensionale, si è deciso di utilizzarle come dati reali da fornire al programma di identificazione dei parametri inerziali dell'oggetto previa aggiunta di rumore di misura, necessario a emulare un processo di misurazioni con strumenti reali.
Si è dunque formulato un problema non-lineare di ottimizzazione per il programma di identificazione, che estrapola parametri inerziali e forze di contatto dall'osservazione della traiettoria seguita dall'oggetto. Il suddetto programma di identificazione viene infine messo alla prova e se ne evidenziano i risultati positivi e le limitazioni.


The purpose of this study is to evaluate the possibility to obtain information on the characteristics of an object undergoing intermittent contacts, both rigid and non-rigid, by observing its motion; specifically, we search for its inertial properties. In case of positive response, a program that makes such identification could be implemented on a robot that, while manipulating an object, learns about its characteristics by observing its falling trajectory.
To evaluate the validity of the identification program, it was first necessary to devise a structure for a simulation model which could provide realistic trajectories for the considered object. We came to the formulation of a non-linear optimization problem that exploits a newtonian approach for the contact between objects, suited to deal with a broad range of contact modes, particularly that between rigid bodies. The validity of the results obtained with said program is shown by the comparison with a different formulation of the problem which, with a different approach for the contact, proves to not give results as realistic as ours.
Once we obtained satisfying trajectories from the simulation, made on an ellipse in a two-dimensional environment, we decided to use them as real data to supply to the program identifying the object's inertial parameters by first adding some noise, so to emulate e measurament process made with real instruments.
A non-linear optimization problem for the identification program was then formulated, which extrapolates inertial parameters and contact forces from the observation of the trajectory followed by the object. Finally, said identification program is tested and its positive results, as well as its limitations, are presented.
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