Study of trajectory planning techniques based on optimization

The aim of this thesis is to generate the optimal trajectory that a robot must follow to complete a given path in minimum time, taking into account acceleration and velocity constraints. After a first introduction on the optimal-trajectory algorithms written in literature, a discussion on different motion curves is presented, explaining the applications and features. An explanation of the algorithm is made, including a pre-processing on the path and some modification to make the implementation real-time. The algorithm is tested in Matlab to anthropomorphic robots with different degrees of freedom and kinematic chains; a comparison is also made with a classical cubic motion curve, to analyze the advantages and disadvantages. Before the actual implementation on the real robot, some simulations are done on an online simulator called Coppelia Sim, which allows setting the robot dynamics and the synchronous mode. The final results are validated through experimental sessions on a real robot set up with the collaboration of the company Atom S.p.A. In particular, the robot that will be utilized is the Mitsubishi robot RV-13FRLM. A description of the environment present in the Atom LAB compartment and of the path that the real robot must follow is done.

Studio di tecniche di pianificazione di traiettoria basate sull'ottimizzazione. Lo scopo di questa tesi è di generare la traiettoria ottima che un robot dovrà seguire per completare un percorso nel minimo tempo, tenendo conto di vincoli sulle velocità e accelerazioni. Dopo una prima introduzione sugli algoritmi di traiettoria ottima scritti in letteratura, è presentata una discussione sulle diverse curve di moto, spiegando le applicazioni e caratteristiche. Viene fatta una spiegazione dell'algoritmo, comprendendo una pre-elaborazione del percorso e alcune modifiche per rendere l'implementazione calcolabile in tempo reale. L'algoritmo è testato in Matlab su robot antropomorfi con differenti gradi di libertà e catene cinematiche; un paragone è inoltre fatto con una curva di moto cubica classica, per analizzare i vantaggi e gli svantaggi. Prima dell'implementazione sul robot reale, alcune simulazioni sono state fatte sul simulatore Coppelia Sim, che permette di impostare la dinamica del robot e la modalità sincrona. I risultati finali sono validati tramite sessioni sperimentali su un robot reale con la collaborazione dell'azienda Atom S.p.A. In particolare, il robot Mitsubishi RV-13FRLM è stato utilizzato in questa fase. E' stata fatta, inoltre, una descrizione dell'ambientazione presente nel compartimento Atom LAB e del percorso che il robot dovrà seguire.