Il laboratorio di sistemi robotici della TU Wien utilizza MATLAB per i test in tempo reale

Franka Robotics è un'azienda tedesca specializzata nello sviluppo di piattaforme e sistemi robotici, tra cui un braccio robotico articolato. Per aiutare i clienti della ricerca a passare dalle simulazioni al computer ai test fisici in tempo reale, il team Franka ha sviluppato Franka Toolbox per MATLAB^®. Guidati dal professor Christian Ott, i ricercatori del Robotic Systems Lab della TU Wien in Austria applicano questi strumenti a scenari complessi nei loro laboratori. 

In uno scenario, un robot Franka FR3 viene utilizzato per il test di simulazione Hardware-In-the-Loop di un sistema robotico complesso, costituito da un manipolatore collegato a una piattaforma multirotore sospesa. I ricercatori hanno utilizzato MATLAB e Simulink^® per simulare completamente la dinamica del sistema, con il robot Franka che emula la dinamica dell'effettore terminale del manipolatore per fornire un feedback reale della forza di contatto. Franka Toolbox per MATLAB ha facilitato questo processo, consentendo l'interazione e il monitoraggio in tempo reale dell'intero sistema tramite Simulink.

Il team ha inoltre applicato la cassetta degli attrezzi per studiare lo slittamento post-impatto dell'effettore terminale del robot Franka. L'eliminazione di tale slittamento del contatto è essenziale per le applicazioni robotiche quali la martellatura o lo stampaggio. I ricercatori della TU Wien hanno dimostrato che lo slittamento può essere evitato se la direzione di avvicinamento si allinea con la direzione di impatto anti-slittamento (NSID) del bersaglio, che varia a seconda delle proprietà inerziali e cinematiche del robot. Le ottimizzazioni possono identificare punti bersaglio idonei, ad esempio consentendo impatti verticali senza scivolamento.

Le analisi basate su modelli per questo progetto sono state condotte utilizzando MATLAB e Simulink, con risultati validati con Franka Toolbox per MATLAB. I ricercatori hanno scoperto che il passaggio fluido dalla simulazione ai test fisici e la possibilità di implementare facilmente le interfacce utente in Simulink sono vantaggiosi. Il team ha creato una demo interattiva per illustrare la variazione dell'NSID con il target. Gli utenti possono guidare il robot verso il bersaglio desiderato osservando il corrispondente NSID in un'animazione dal vivo del robot. Una volta definito l'obiettivo, è possibile effettuare gli impatti, dimostrando che lo slittamento viene soppresso solo con l'NSID.

Franka Toolbox per MATLAB consente ai ricercatori di controllare i robot Franka direttamente da Simulink, beneficiando così delle funzionalità di MATLAB e Simulink, come l'implementazione efficiente del sistema di controllo, la regolazione dei parametri online e il rapido sviluppo dell'interfaccia utente. Facilita transizioni fluide tra simulazioni robotiche in Simulink e test nel mondo reale, migliorando la collaborazione tra i team e dando loro più tempo per concentrarsi sullo sviluppo di sistemi di controllo per le loro applicazioni.

In futuro, il team è interessato a esplorare come MATLAB e Simulink possano essere utilizzati per ulteriori hardware robotici.