Time-Optimal Trajectory Planning for Anti-Sloshing Robotic Manipulation of Multiple Liquid-Filled Containers

Questa tesi esamina tecniche di ottimizzazione vincolata finalizzate a ottenere una manipolazione tempo-ottimale di contenitori riempiti di liquido. In particolare, l'obiettivo è sviluppare algoritmi per la pianificazione di traiettorie tempo-ottimali per più contenitori cilindrici trasportati da un robot industriale. Le traiettorie considerate sono 4-dimensionali, comprendenti 3 dimensioni di traslazione combinate con una rotazione unidimensionale attorno alla direzione verticale. Quando un contenitore riempito di liquido subisce un moto, il liquido al suo interno esibisce un movimento, un fenomeno noto come sloshing. Gli algoritmi proposti si concentrano sul controllo degli effetti dello sloshing durante il movimento del contenitore. Vengono presentati due approcci di ottimizzazione: nel primo, l'obiettivo è determinare la legge di moto ottimale su un percorso predefinito che il vassoio che ospita i contenitori deve seguire; nel secondo, solo alcuni punti di passaggio, sia con una posizione assegnata sia con una posizione variabile all'interno di un volume assegnato, sono vincolati, mentre i segmenti di percorso rimanenti e la legge di moto sono trattati come variabili nel processo di ottimizzazione. I risultati vengono poi confrontati in simulazione. La procedura più efficace per condurre il processo di ottimizzazione viene identificata, tenendo conto anche della riduzione del tempo di calcolo. Infine, viene realizzata e discussa una campagna di validazione sperimentale per valutare e confrontare l'efficacia pratica di queste tecniche.