Robotica Mobile
Questo documento contiene materiale proveniente da fonti esterne: 1 [ Documento Originale - Autore: Cristian Secchi - Sito Riferimento ]
Contents |
Definizioni
Robot Mobile: Un robot mobile è una macchina automatica in grado di muoversi nell’ambiente che la circonda.
Caratteristiche:
- Imita la funzionalità degli arti umani superiori
- Imita la locomozione degli animali e le relative funzionalità
Possibili Applicazioni
Applicazioni Indoor
- Pulizia di ambienti estesi
- Robotica di servizio per musei, negozi,
- ecc...
- Sorveglianza interna di edifici
- Stoccaggio merci in magazzini automatizzati
- ...
Applicazioni Outdoor
- Applicazioni militari
- Sminamento
- Esplorazione spaziale e subacquea
- Protezione Civile e sorveglianza boschiva
- Agricoltura automatizzata
Cenni storici
- Primi robot mobili a partire dal 1940
- Razzi V1 - V2 (razzo autopilota inerziale)
Goliath
- Filoguidato
- Motori Elettrici
Teletank
- Carro telecontrollato
- 500 m di distanza
Esempi
Uso industriale
Elettric80 AGV
- E' un Automatic Guided Vehicle (AGV)
- Usato per la gestione di fine linea di produzione.
- Porta i pallet di prodotto stoccato dal magazzino alle baie di carico camion.
- In un impianto possono circolare più di 30 AGV contemporaneamente.
Uso Ospedaliero
HELPMATE
- Usato negli ospedali per trasporto di medicinali e di logistica
- Si muove autonomamente
- Naviga tramite una telecamera e usa come riferimento le lampade sul soffitto
Domestico
Roomba
- Aspirapolvere per applicazioni domestiche
- Grazie ad algoritmi di path planning pulisce la stanza senza bisogno di impostare mappe
Robot Sottomarini
- Utilizzati per archeologia sottomarina
- Recupero relitti (Titanic)
- Ispezione strutture
- Monitoraggio acque
Applicazione Spaziali
- Realizzati a partire dal 1965
- Altamente autonomi
- In grado di lavorare senza supervisione
- Dotati di alta ridondanza dei sensori
Robot Agricoli
(attesi circa per il 2015)
Robot mobili concepiti per operazioni agricole:
- Ambienti strutturati (frutteti ad hoc)
- vasti campi di cereali
Robot Pioneer
Sviluppato dalla Stanford University
- Scelto per esplorare il sarcofago di Chernobyl
- Robot Modulare.
Consente di montare:
- braccio robotico
- telecamera
- scanner laser
Principi di Locomozione
I concetti che si trovano in natura sono difficili da riprodurre ingegneristicamente
- La maggior parte dei sistemi ingegneristici usano le ruote o i cingoli
- Il rotolamento è il principio di locomozione più efficiente, ma non si trova in natura (la natura non ha mai inventato la ruota!)
- Tuttavia, la camminata di un bipede è vicina al rotolamento
Camminata Bipede
Approssima il rotolamento
- Rotolamento di un poligono con lato pari al passo della persona
- Più il passo è corto, meglio il rotolamento viene approssimato
I robot che camminano
- si possono adattare meglio a un ambiente variabile
- sono più lenti su superficie piatte
- sono fortemente sovra-attuati
I robot con ruote
(Chiamati anche Wheeled Mobile Robots)
- sono più veloci su superfici piatte
- sono poco adattabili
Schema di principio di un robot mobile
- Attuatori (Att) :
- Motori DC con riduttori
- End-Effector :
- attrezzo
- pinza
- mano
- Sensori: (Vedi anche la voce: Sensori)
- Propriocettivi ( encoder, giroscopi, …)
- Eterocettivi
- bumbers
- rangefinders (infrarossi, ultrasuoni)
- laser
- visione (mono, stereo, …)
- Controllo :
- Alto livello
- Basso livello
Per realizzare il controllo sono disponibili diverse tecnologie. Vedi la voce: Unità di Controllo - Tecnologie
Schema di Controllo a basso livello
- Controllori PI ad alto guadagno controllano i motori del robot affinchè il robot si muova secondo il profilo di velocità desiderato
- Il controllo a basso livello si occupa solamente di controllare gli attuatori del robot secondo le istruzioni del controllo ad alto livello
- Se i guadagni sono abbastanza alti, il controllo di basso livello rende il robot un sistema puramente cinematico
Schema di Controllo ad alto livello
- A seconda il della configurazione di setpoint, il controllo ad alto livello deve decidere che velocità imporre al robot.
- Dal punto di vista del controllo ad alto livello il robot è un sistema puramente cinematico con ingressi in velocità.
- Il controllo di alto livello si occupa di decidere il movimento mentre quello a basso livello si occupa di controllare i motori affinché tale movimento sia attuato.
Controllo di WMR (Wheeled Mobile Robot)
- Il progetto del controllo di basso livello
- è semplice in quanto si riduce al progetto di un PI per un motore elettrico (sistema lineare)
- non risente dei vincoli introdotti dalle ruote
- La pianificazione della traiettoria da seguire
- Fornisce il setpoint al controllo ad alto livello
- Deve tenere in considerazione i vincoli sulla mobilità del robot
- Il progetto del controllo ad alto livello
- richiede di considerare considerare il modello cinematico di un robot
- deve tenere in considerazione i vincoli introdotti dalle ruote
- E’ complesso perché deve controllare un sistema non lineare
Pianificazione
- E’ il problema di determinare una traiettoria nello spazio delle configurazioni per portare il robot da una certa configurazione iniziale ad una certa configurazione finale ammissibili (cioè compatibili con i vincoli cinematici del robot)
- Ogni punto della traiettoria DEVE essere compatibile con i vincoli cinematici del robot
Esempio: Uniciclo
Il robot non potrà mai inseguire il riferimento perché esso non è compatibile con i vincoli cinematici.
Vedi la voce: Pianificazione Traiettoria per Robot Mobile
Spesso un robot si trova a doversi muovere in un ambiente in cui sono presenti ostacoli (fissi o mobili).
Il robot, tramite la conoscenza dell’ambiente e/o tramite l’utilizzo dei sensori a bordo deve riconoscere dove sono gli ostacoli ed evitarli al fine di navigare in maniera sicura (cioè senza collisioni) all’interno dello spazio di lavoro.
Vedi la voce: Navigazione
Controllo del Moto
- Altre problematiche interessanti
- Pianificazione in presenza di vincoli cinematici (velocità limitata)
- Cammini a tempo minimo
- Sistemi multi robot
- …
SLAM – Simultaneous Localization and Mapping
Vedi voce: SLAM