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Pianificazione del percorso di un ROVER in ambiente non strutturato mediante laser scanner

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Indice   Summary ................................................................................................................. 1  I – Introduction ............................................................................................ 1  II – System overview .................................................................................. 2  III –Structured environments ...................................................................... 3  IV – Unstructured environments ................................................................. 4  Introduzione ............................................................................................................ 1  Capitolo 1 – Rover Overview ................................................................................. 6  1.1  Premessa ............................................................................................... 6  1.2  Cenni storici .......................................................................................... 7  1.3   Le tecnologie attuali ............................................................................. 8  1.3.1   Rover Sojourner ............................................................................ 9  1.3.2   Rover Spirit ................................................................................... 9  1.3.3   Aibo ............................................................................................. 10  1.3.4   Asimo .......................................................................................... 11  1.3.5  Isaac Robot ................................................................................. 11  1.4   La manovrabilità dei Rover ................................................................ 12  1.5   La grande corsa dei robot ................................................................... 15  Capitolo 2 – 2D Laser Range Finder .................................................................... 18  2.1  Premessa ............................................................................................. 18  2.2  Confronto tra LRF .............................................................................. 19  2.2.1   Applicazioni sui mobile robot ..................................................... 22  2.3   Hokuyo Laser Range Finder ............................................................... 32  2.3.1  Specifiche del sensore ................................................................. 32  2.3.2  Misura della distanza mediante differenza di fase ..................... 33  2.3.3  Design del sensore ....................................................................... 35  2.3.3  Modalità di acquisizione ............................................................. 36  2.3.4  Output del sensore in real-time ................................................... 38  2.3.5  Il sistema di visione ..................................................................... 40  2.4   Generazione della DEM...................................................................... 43  Capitolo 3 – Analisi di percorribilità del terreno .................................................. 45  3.1  Premessa ............................................................................................. 45  3.2   Analisi di percorribilità ....................................................................... 46  3.3   L’indice di irregolarità ........................................................................ 47  3.3.1  Calcolo dell’indice di irregolarità ............................................... 48  3.3.2   Scelta della regione per il calcolo dell’indice di irregolarità ....... 49  3.4  L’indice di inclinazione ..................................................................... 51  3.4.1  Calcolo dell’indice di inclinazione .............................................. 52  3.4.2   Scelta della lunghezza di calcolo dell’indice di inclinazione ...... 53  Capitolo 4 – Il problema della pianificazione del moto ........................................ 54  4.1  Premessa ............................................................................................. 54  4.2  Pianificazione del moto (planning to plan) ......................................... 55  4.3   Formalizzazione matematica del problema di pianificazione ............. 56  4.3.1   Pianificazione ottima discreta ...................................................... 57  4.4  Il funzionale di costo .......................................................................... 59  4.4.1  Indice di lunghezza ..................................................................... 60  4.5   Ricerca di un percorso ammissibile .................................................... 61  4.5.1   Algoritmo di Dijkstra .................................................................. 63  4.5.2   Applicazione pratica dell’algoritmo ............................................ 64  4.5.3   Generazione del grafo .................................................................. 66  4.5.4   Calcolo della direzione verticale ................................................. 68  4.5.5   Calcolo della direzione orizzontale ............................................. 70  4.5.6   Calcolo della direzione diagonale positiva .................................. 71  4.5.7   Calcolo della direzione diagonale negativa ................................. 73  4.6   Traduzione del percorso in coordinate ............................................... 74  4.7  L’algoritmo di pianificazione ideato................................................... 77  Capitolo 5 – Prove sperimentali in ambiente strutturato ....................................... 79  5.1  Premessa ............................................................................................. 79  5.2  Mappe di elevazione in ambiente strutturato ...................................... 79  5.2.1  Prova su pavimento privo di ostacoli .......................................... 80  5.2.2  Prova con oggetto prismatico 1 ................................................... 82  5.2.3  Prova con oggetto prismatico 2 ................................................... 84  5.2.4  Prova con due oggetti prismatici ................................................. 86  5.2.5  Prova con scenario complesso con oggetti cilindrici .................. 88  Capitolo 6 – Prove sperimentali in ambiente non strutturato ................................ 90  6.1  Premessa ............................................................................................. 90  6.2  Simulazione in ambiente non strutturato ............................................ 90  6.3   Prove in ambiente non strutturato ....................................................... 93  6.3.1  Riconoscimento della via d’uscita ............................................... 93  6.3.2  Scan-map ..................................................................................... 96  6.3.3   Riconoscimento del marciapiede ................................................. 97  6.3.5  Acquisizione su terreno rugoso ................................................... 99  6.3.6  Scenario irregolare 1 .................................................................. 101  6.3.7   Scenario irregolare 2 .................................................................. 103  Capitolo 7 – Il problema dei punti nascosti ........................................................ 107  7.1  Descrizione del problema ................................................................. 107  7.2  Definizione di “occluded point” ....................................................... 108  7.3  Algoritmo di ricerca di “occluded points” ........................................ 110  7.4  Risultati sperimentali ........................................................................ 111  Conclusioni e sviluppi futuri ............................................................................... 113  Appendice A............................................................................................................ 1  A.1  Premessa ............................................................................................... 1  A.2  Il rover dune .......................................................................................... 2  A.2.1   CRio 9003 ...................................................................................... 3  A.2.2   I moduli di espansione ................................................................... 3  A.2.3  Il software ...................................................................................... 4  A.2.4   Codice FPGA................................................................................. 6  A.3  Il modello cinematico di Dune ............................................................. 7  A.3.1   Casi di moto: General motion...................................................... 10  A.3.2   Casi di moto: Turn on the spot .................................................... 11  A.3.3   Casi di moto: Straight motion...................................................... 11  A.3.4   Casi di moto: Crab Motion .......................................................... 12  A.4  Il metodo Cross-Coupling-Control ..................................................... 12  Appendice B ............................................................................................................ 1  B.1  Premessa ............................................................................................... 1  B.2  Code ...................................................................................................... 1  B.2  Cost ....................................................................................................... 3  B.3  Dijkstra ................................................................................................. 5  B.4  Make_dem ............................................................................................ 7  B.5  Output_vertex ....................................................................................... 8  B.6  Traversability ........................................................................................ 9  Bibliografia .............................................................................................................. i 
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Pianificazione del percorso di un ROVER in ambiente non strutturato mediante laser scanner

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Informazioni tesi

  Autore: Mauro Bellone
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2007-08
  Università: Università degli Studi di Lecce
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria dell'automazione
  Relatore: Giulio Reina
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 155

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Parole chiave

robot
rover
laser scanner
robotica mobile
laser range finder
path planning
unstructured environment
mobile robot
planetary rover

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