Modelling and simulation of a tracked vehicle

Mobile robots are a pillar of technologies that support agriculture 4.0, tracked mobile robots in particular are very suitable for agricultural applications. In this thesis, the development of the multibody model of a tracked vehicle for agricultural applications is described, with the main goal to create a tool for the design of motion planning and control strategies in realistic conditions, in particular taking into account the characteristics of the terrain (terramechanics). Thanks to the modular approach enabled by the object-oriented modeling language Modelica, the complete suspension system as well as the interaction of tracks and grousers with the terrain have been described with a high level of accuracy. An extensive campaign of validation experiments has been carried out, mainly focused on the steering dynamics: on a rigid surface in indoor experiments and on a deformable surface in outdoor experiments. In indoor experiments the actual position of robot center of mass and its angular orientation were measured very accurately through a VICON Tracker motion capture system and an IMU, in outdoor experiments the motion capture system was replaced by a Real-Time Kinematic (RTK) GPS system.

I robot mobili sono un pilastro delle tecnologie che supportano l'agricoltura 4.0, in particolare i robot mobili cingolati sono molto adatti per le applicazioni agricole. In questa tesi viene descritto lo sviluppo del modello multibody di un veicolo cingolato per applicazioni agricole, con l'obiettivo principale di creare uno strumento per la progettazione di strategie di pianificazione e controllo del movimento in condizioni realistiche, prendendo in particolare in considerazione le caratteristiche del terreno (terrameccanica). Grazie all'approccio modulare reso possibile dal linguaggio di modellazione orientato agli oggetti Modelica, sono stati descritti con un alto livello di precisione sia il sistema di sospensioni sia l'interazione del cingolo e del grouser con il terreno. È stata condotta una vasta campagna di esperimenti di validazione, principalmente focalizzata sulla dinamica di sterzo: su una superficie rigida negli esperimenti indoor e su una superficie deformabile negli esperimenti all'aperto. Negli esperimenti indoor, la posizione reale del centro di massa del robot e la sua orientazione angolare sono state misurate con grande precisione attraverso un sistema di cattura del movimento VICON Tracker e un IMU; negli esperimenti all'aperto, il sistema di cattura del movimento è stato sostituito da un sistema GPS Real-Time Kinematic (RTK).