Trajectory tracking of a mobile robot for logistics : a receding horizon technique

In the last few years, both the usage and the effectiveness of the e-commerce platforms have seen an exponential growth, allowing the latter to gain a continuously expanding market share. In order to keep up with this spread of popularity, logistics companies have the necessity to optimize their capability to handle an always increasing number of packages, maximizing the productivity of their plants. The objective of this thesis work is to improve an existing solution to this problem, which is based on mobile robotics. In fact, in a robotized plant all the packages are moved from a conveyor belt to their destination by autonomous mobile robots: it is clear that the biggest room of improvement is the travel speed of these vehicles. The target of this work is to improve as much as possible this quantity through the design of a new control strategy for trajectory tracking, so as to approach as closely as possible the mechanical limits of the drone (represented by lateral slips and rollovers), keeping the vehicle's dimensions and inertial properties fixed. At first, a model of the robot is developed in a simulation environment, in order to study this vehicle's complex dynamics. Then a validation procedure must be performed: the goal is to check the match between the simulated model and the real system. As last and most important task, a new receding horizon controller is designed to increase the cornering speed of the vehicle, exploiting the knowledge on its future trajectory.

Negli ultimi anni, sia l'utilizzo che l'efficacia delle piattaforme di e-commerce sono stati oggetto di crescita esponenziale, permettendo a quest' ultime di guadagnarsi fette di mercato sempre più ampie. Per restare al passo, le società di logistica hanno la necessità di ottimizzare la loro capacità di governare un numero di pacchi sempre crescente, aumentando per quanto possibile la produttività dei loro impianti. L'obiettivo di questa tesi è quello di migliorare una delle soluzioni offerte a questo problema, basata sull'utilizzo della robotica mobile. Infatti, in un impianto robotizzato, dove i pacchi sono spostati dal punto di arrivo di un nastro trasportatore alla loro destinazione da droni terrestri a guida autonoma, è chiaro come gran parte dei margini di miglioramento stiano nella velocità di percorrenza di questi veicoli. L'obiettivo di questo lavoro è quindi quello di aumentare la velocità di questi droni avendo definite le proprietà dimensionali ed inerziali, progettando una nuova strategia di controllo per l'inseguimento di traiettoria che permetta di avvicinarsi sempre di più ai limiti fisici del veicolo, evitando perdite di trazione e ribaltamenti laterali. Per prima cosa è stato sviluppato un modello del robot in ambiente di simulazione, in modo da studiare la dinamica complessa del sistema. Successivamente è stato necessario validare questo modello per assicurarsi che rispecchi quanto accade nella realtà. Come ultimo e più importante passo è stato progettato un nuovo controllore predittivo, in modo da sfruttare la conoscenza sulla traiettoria futura per aumentare la velocità di percorrenza in curva.