L’ispezione di ponti e viadotti in ambito sottostrutturale presenta criticità significative per la sicurezza degli operatori, specialmente in spazi ristretti e in presenza di geometrie complesse. Il controllo manuale rimane un’attività ad alto rischio, mentre l’automazione dei sistemi di movimentazione richiede soluzioni di pianificazione del moto robuste e adattabili a diversi scenari operativi.
Uno studio recente, pubblicato su Infrastructures (Vol. 11, Pag. 242), propone un sistema di pianificazione gerarchica per un manipolatore ispettivo a doppia modalità di traslazione, stradale e ferroviario, destinato all’impiego su grandi infrastrutture. Il framework sviluppato si concentra sull’evitamento degli ostacoli e sulla generazione di traiettorie eseguibili in sicurezza.
Modellazione cinematica e riduzione dei gradi di libertà
Il manipolatore analizzato è un sistema fisico a 11 gradi di libertà (DOF), composto da sei giunti rotoidali e cinque giunti prismatici telescopici. Gli autori hanno stabilito un modello cinematico coerente per l’intero sistema.
Per la risoluzione della cinematica inversa e per il template matching, i cinque giunti telescopici fisici sono stati mappati in due variabili prismatiche equivalenti. Questa semplificazione consente di operare in uno spazio ridotto per la pianificazione a monte, mentre la verifica delle collisioni e l’esecuzione effettiva del movimento rimangono nello spazio completo dei giunti fisici. L’approccio garantisce che la riduzione del modello non comprometta la precisione del controllo reale.
Algoritmo di pianificazione potenziato
Il nucleo del sistema è un planner di tipo bidirectional RRT-Connect, oggetto di un miglioramento sostanziale. Le modifiche introdotte includono:
- campionamento orientato al goal (goal-biased sampling) per convergere più rapidamente verso la configurazione target;
- espansione multi-candidato, che valuta più nodi di crescita per ogni iterazione;
- vincoli soft di sollevamento ridotto (soft low-lift constraints), finalizzati a limitare configurazioni eccessivamente alte o sbilanciate del braccio;
- validazione combinata di stato e bordo (combined state and edge validity checking) per garantire che sia le singole configurazioni sia le transizioni tra di esse siano libere da collisioni.
Queste integrazioni puntano a ridurre il tasso di fallimento nella generazione di percorsi privi di interferenze con la struttura del ponte.
Strategia di pianificazione segmentata basata su libreria di pose
Un elemento distintivo della ricerca è l’introduzione di una strategia di pianificazione segmentata, supportata da una libreria di pose. Il sistema è in grado di riutilizzare sequenze di dispiegamento già validate per target noti, riducendo il costo computazionale per ispezioni ripetitive su elementi strutturali analoghi.
Nel caso di obiettivi mai incontrati, il framework genera automaticamente pose intermedie che consentono al manipolatore di raggiungere la configurazione finale in modo graduale. Ogni traiettoria post-elaborata viene sottoposta a una nuova validazione di collisione e di spazio libero prima di essere accettata per l’esecuzione.
Risultati delle simulazioni comparative
Le prove comparative hanno evidenziato che il framework proposto incrementa la percentuale di successo nella generazione di percorsi privi di collisioni. Contestualmente, l’algoritmo ha mostrato una capacità di sopprimere le configurazioni di sollevamento eccessivo, che rappresentano un rischio concreto in ambienti confinati come le aree sotto-ponte.
L’architettura presentata costituisce una soluzione di pianificazione riproducibile per l’ispezione automatizzata di ponti, offrendo un riferimento metodologico per lo sviluppo di sistemi robotici dedicati alla diagnostica strutturale in condizioni di accesso difficoltoso.
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