Primary development of a digital twin for a 6DoF parallel kinematic robot

The seek for new, sustainable sources of Energy has been one of the most challenging theme in the last decade. In a rich and various scenario composed by many different and promising technologies, wind turbines hold a determinant position. While land installations are common, less has been done towards off-shore applications. The Lifes50+ project aims to prototype floating medium-size wind-energy harvesters. In this effort, dedicated wind tunnel tests are performed at Politecnico di Milano. HexaSlide -- the Gough-Pollard platform deputed to simulate the hydro-dynamic response of the turbine floater -- is a major player in the experiments and it's a prototype subjected to continuous developments. To further explore HexaSlide capabilities and to boost the improvement rate, Digital Twin is a winning strategy made possible by the rise of digitalization in engineering. Implications are a number: from circular development of product, to predictive maintenance, passing via obsolesce monitoring. Digital Twins is the digital representation of a real device in its entire life-cycle and it is obtained by the union of sophisticated flexible models, real-time sensors and big-data analysis. To proceed in this direction, a preliminary model of the system must be implemented. This work addresses this need with the creation of a co-simulation between two software, allowing to replicate the motion of the real machine. To describe comprehensively the actuation system, friction at sliders is exposed. Identification of friction model is approached with two distinct but complementary experimental methods which allows to identify the model parameters. Parameter estimation is powered by a Genetic Algorithm endowed with divide-and-conquer custom initial population. Finally, the Digital Twin is tested and compared to the real robot.

La ricerca di fonti di energia nuove e sostenibili è una sfida importante per la società odierna. Molte tecnologie promettenti si affacciano su questo scenario tanto ricco quanto vario e le turbine eoliche detengono sicuramente una posizione di primo piano in questo contesto. La tecnologia eolica, sebbene consolidata in applicazioni di terra, non è altrettanto sviluppata nelle applicazioni galleggianti. E' per questa ragione che il progetto Lifes50+ si è posto come obbiettivo testare dispositivi eolici galleggianti di media taglia. A questo scopo vengono disposti dei test nella galleria del vento del Politecnico di Milano. HexaSlide, la piattaforma Gough/Pollard destinata a simulare la risposta idrodinamica del galleggiante della turbina, ha un ruolo fondamentale negli esperimenti ed è un prototipo soggetto a continui sviluppi. Per estendere le capacità di HexaSlide e per aumentare la velocità con cui vengono apportati i miglioramenti, Digital Twin è una strategia vincente resa possibile dall'avvento della digitalizzazione in campo ingegneristico. I benefici sono notevoli: dalla manutenzione predittiva, allo sviluppo circolare dei prodotti. Per seguire questo sentiero, un modello preliminare del sistema deve essere sviluppato. La creazione di una co-simulazione, che vede partecipi due software, permette di replicare gli spostamenti della macchina reale. Per descrivere il sistema di attuazione, l'attrito agli slider viene indagato. L'identificazione di un modello di attrito è svolta per mezzo di due metodi sperimentali, l'uno complementare all'altro. Un Algoritmo Genetico, dotato di un innovativo metodo per la generazione della popolazione iniziale, fornisce gli strumenti utili alla stima dei parametri. Per concludere, il Digital Twin è testato e confrontato con il robot reale.