Model identification and performance evaluation of a tracked mobile robot under Differential-Drive and Skid-Steering feedback linearization

This thesis addresses the identification and performance evaluation of a tracked mo bile robot controlled through two feedback linearization approaches, developed from the Differential-Drive Vehicle (DDV) and Skid-Steering Vehicle (SSV) kinematic models. The study is articulated in two main phases. In the first phase, the dynamic behavior of the robot is identified by means of numerical simulations carried out first on rigid ground and then on deformable terrain, in order to analyze how soil deformability and slip affect the longitudinal and lateral dynamics of the system. In the second phase, the two feedback linearization laws are compared on deformable soil, evaluating the trajectory tracking ac curacy quantified by the integral position error and the mechanical energy consumption computed from wheel torque and angular velocity. The results show that the SSV formu lation, which explicitly accounts for slip, provides higher trajectory tracking accuracy at the cost of a moderate increase in energy consumption, whereas the DDV model, which neglects slip, exhibits lower precision but slightly higher energy efficiency. Overall, the SSV feedback linearization formulation proves to be the most accurate and dynamically consistent basis for the motion control of tracked robots on deformable ter rain.

Questa tesi tratta l’identificazione e la valutazione delle prestazioni di un robot mobile cingolato, mediante l’analisi di due diverse formulazioni di linearizzazione per retroazione, sviluppate a partire dai modelli cinematici Differential-Drive Vehicle (DDV) e Skid-Steering Vehicle (SSV). Il lavoro è articolato in due fasi principali. Nella prima fase, il comporta mento dinamico del robot viene identificato tramite simulazioni numeriche eseguite prima su terreno rigido e successivamente su terreno deformabile, al fine di analizzare come la deformabilità del suolo e i fenomeni di slittamento influenzino le funzioni di trasferimento longitudinali e laterali del sistema. Nella seconda fase, le due leggi di linearizzazione ven gono confrontate sul terreno deformabile, valutando l’accuratezza di inseguimento della traiettoria, quantificata attraverso l’errore integrale di posizione, e il consumo di energia meccanica, calcolato a partire dalle coppie motrici e dalle velocità angolari delle ruote. I risultati mostrano che la formulazione SSV, che tiene conto dello slittamento, garantisce una maggiore accuratezza di tracciamento della traiettoria a fronte di un moderato incre mento del consumo energetico, mentre il modello DDV, che trascura tali effetti, risulta meno preciso ma leggermente più efficiente dal punto di vista energetico. Nel complesso, la formulazione SSV risulta la più accurata e coerente dal punto di vista dinamico, rappresentando la base più efficace per una legge di controllo del moto di robot cingolati su terreno deformabile.