Studio e implementazione funzioni di assistenza alla guida per un Sollevatore Telescopico

Il presente lavoro di tesi, svolto presso l’ufficio tecnico Walvoil S.p.A., ha come obiettivo lo studio, la modellazione e la validazione della cinematica di un sollevatore telescopico (Telehandler), con particolare riferimento allo sviluppo di algoritmi di pianificazione della traiettoria dell’End-Effector, orientati a future applicazioni di automazione e supporto alla guida dell’operatore. In una prima fase, il manipolatore è stato modellato dal punto di vista cinematico attraverso due approcci distinti: da un lato l’utilizzo del Robotics System Toolbox di MATLAB, basato su una rappresentazione rigidBodyTree, dall’altro una formulazione analitica mediante la parametrizzazione di Denavit-Hartenberg. Entrambi i modelli sono stati impiegati per il calcolo della cinematica diretta, consentendo di descrivere la posa dell’End-Effector in funzione delle variabili di giunto. Successivamente è stata sviluppata una soluzione analitica della cinematica inversa, sfruttando il vincolo di orientamento imposto dal sistema di autolivellamento con cilindro compensatore, che lega cinematicamente il movimento del boom a quello del bucket, riducendo i gradi di libertà effettivi del sistema. La correttezza e la coerenza dei modelli sono state verificate mediante campagne di validazione numerica in ambiente MATLAB, basate sul confronto sistematico tra cinematica diretta e inversa su un ampio dominio di configurazioni di giunto. In parallelo, è stata condotta un’analisi delle prestazioni computazionali degli algoritmi di cinematica diretta tramite simulazioni Processor-In-the-Loop (PIL) in ambiente Simulink, eseguendo il codice generato direttamente su una centralina automotive NXP S32K. Tale attività ha permesso di valutare execution time e occupazione della memoria stack, dimostrando la compatibilità degli algoritmi analitici con un’implementazione embedded real-time. Il lavoro prosegue con un’attività sperimentale di acquisizione dati sulla macchina reale, finalizzata alla calibrazione degli offset dei sensori e alla caratterizzazione cinematica del Telehandler. Le prove condotte hanno evidenziato l’influenza di fenomeni strutturali e meccanici non modellati, quali flessioni dei bracci telescopici e variazioni di assetto sotto carico, consentendo di definire un dominio operativo realistico entro cui il modello cinematico rigido risulta affidabile. Sulla base dei modelli validati, è stato infine sviluppato un algoritmo di pianificazione della traiettoria dell’End-Effector, in grado di generare traiettorie cartesiane rettilinee orizzontali e verticali, convertite nello spazio dei giunti tramite cinematica inversa e temporizzate mediante profili di velocità trapezoidali. A supporto di questa fase è stato realizzato un modello virtuale della macchina in ambiente Simscape, che consente di simulare il comportamento meccanico e idraulico del Telehandler e di testare strategie di movimento in condizioni realistiche.