Tecniche di ottimizzazione vincolata per pianificazione di traiettorie in applicazioni robotiche industriali

La pianificazione di traiettorie costituisce un tema centrale nella robotica industriale, in particolare per i manipolatori seriali. Tra i diversi approcci disponibili, l’ottimizzazione numerica rappresenta uno strumento efficace per migliorare il tempo di percorrenza, la regolarità del moto e il rispetto dei vincoli cinematici e dinamici. A differenza delle tecniche tradizionali, basate su leggi di moto predefinite o interpolazioni polinomiali standard, l’approccio proposto integra esplicitamente i limiti fisici del manipolatore nella formulazione del problema. In questo lavoro vengono sviluppate metodologie alternative alle tecniche convenzionali, con particolare attenzione alla gestione dei vincoli, alla riduzione delle sollecitazioni sugli attuatori e all’ottimizzazione delle prestazioni complessive. L’obiettivo è determinare i parametri ottimali associati a un percorso assegnato o al raggiungimento di una configurazione target dell’end-effector, mediante la formulazione di un problema di ottimizzazione non lineare. Per la modellazione simbolica e la risoluzione numerica è stato utilizzato il framework open-source CasADi, impiegando l’ottimizzatore IPOPT. Dopo una fase iniziale di sviluppo in ambiente MATLAB, utile per la prototipazione e l’analisi grafica, il metodo è stato implementato in C++ per ottenere una soluzione più adatta a contesti real-time e industriali. I risultati sono stati confrontati con quelli del pianificatore Marchesini e validati su un manipolatore a tre gradi di libertà, analizzando posizioni, velocità e coppie ai giunti tramite modelli di cinematica e dinamica inversa forniti dall’azienda. L’approccio basato su ottimizzazione ha evidenziato una riduzione del tempo di percorrenza, dei picchi di jerk e delle vibrazioni, con conseguente diminuzione dei picchi di potenza richiesti e del costo energetico complessivo.