ROS2-Unity Simulation Framework for Rover Prototyping and Autonomous System Validation Framework di simulazione ROS2-Unity per la prototipazione di rover e la validazione di sistemi autonomi

Questa tesi presenta lo sviluppo di un framework Digital Twin che integra il middleware robotico ROS2 con il motore grafico Unity 3D, progettato per il rover ProjectRED e i suoi sottosistemi, inclusi il braccio robotico e il meccanismo di perforazione. Il framework supporta sia i test manuali da parte dell’operatore sia lo sviluppo di routine autonome, permettendo il controllo in tempo reale e il feedback sulla posizione del rover e lo stato dei sottosistemi tramite la libreria ROS2ForUnity. Sono stati sviluppati due ambienti complementari: un “playground” flessibile per l’integrazione dell’hardware e i test rapidi, e uno scenario MarsYard che riproduce le condizioni della European Rover Challenge (ERC) per la validazione a livello di sistema. Questo setup consente di controllare il rover e i suoi sottosistemi come i corrispondenti fisici, facilitando test iterativi con una minore dipendenza dai prototipi reali. La piattaforma progettata integra l’elaborazione dei dati dei sensori e la percezione basata su pointcloud, gettando le basi per lo sviluppo futuro di routine autonome di navigazione, manipolazione del braccio robotico, perforazione e raccolta di campioni. La sua architettura modulare garantisce un’elevata adattabilità oltre il contesto del rover ProjectRED, permettendo l’impiego su altre piattaforme mobili, bracci robotici e sistemi combinati per l’esplorazione spaziale o applicazioni industriali in diversi ambienti senza la necessità di significativi interventi di riprogettazione.

This thesis presents the development of a Digital Twin framework integrating ROS2 robotics middleware with the Unity 3D game engine, designed for the ProjectRED rover and its subsystems, including a robotic arm and drilling mechanism. The framework supports both manual operator testing and autonomous routine development, enabling real-time control and feedback on rover positioning and subsystem status through the ROS2ForUnity library. Two complementary environments are developed: a flexible playground for hardware integration and rapid testing, and a MarsYard scenario, replicating European Rover Challenge (ERC) conditions for system-level validation. This setup allows the rover and its subsystems to be controlled as their physical counterparts, supporting iterative testing with reduced reliance on physical prototypes. The designed platform integrates sensor data processing and point cloud-based perception, establishing a foundation for future development of autonomous navigation, robotic arm manipulation, drilling, and sample collection routines. Its modular architecture ensures adaptability beyond the ProjectRED rover scope, enabling deployment for other mobile platforms, robotic arms, and combined space exploration or industrial systems in different environments without significant redevelopment.