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Path Planning e Sliding Autonomy per robotica mobile in applicazioni spaziali

L’intento di questa tesi è lo sviluppo di un path planner (pianificatore di percorsi) per robot mobili situati in un ambiente marziano o lunare. Il path planner sviluppato è basato su A-star, algoritmo in grado di pianificare percorsi discreti a partire da un punto di start per arrivare ad un punto di goal prescelti su una mappa. La mappe utilizzate sono delle DEM (Digital Elevation Map), ovvero indicanti le altezze del terreno rispetto ad un riferimento fisso.
Il path planner realizzato non è un puro e semplice pianificatore: per la scelta del percorso non si tiene in considerazione la sola distanza dal nodo obiettivo, ma si considereranno anche fattori come i dislivelli da superare, i fattori di pericolo e l’esposizione solare. Il pianificatore garantisce inoltre una certa libertà di scelta sulla tipologia di pianificazione da effettuare fornendo la possibilità all’utente di variare il grado di autonomia assegnata al sistema (concetto di Sliding Autonomy).
L’obiettivo della prima parte della tesi è un’analisi teorica del problema e dello stato dell’arte sulla pianificazione discreta, in seguito si passerà alla descrizione dell’algoritmo utilizzato.
Si sono sviluppate, a partire dal classico A-star, un certo numero di varianti dell’algoritmo utili a diminuire i tempi di calcolo. Inoltre ci si è concentrati sulla generazione di percorsi che prediligano caratteristiche differenti (ad es. assetti attesi, traversabilità di un terreno, ecc.), consentendoci quindi di ottenere più percorsi che, a partire da un punto di partenza fisso, raggiungano lo stesso punto obiettivo.
Successivamente si descriveranno dei metodi di analisi focalizzati sui percorsi ottenuti. In primis verranno presentati i dati che possono essere estrapolati da un percorso e che lo caratterizzano (lunghezza, consumi, grafici sugli assetti, ecc.). In seguito verranno illustrati metodi di validazione statica dei path per l’introduzione di perturbazioni nei percorsi individuati. Metodi che permettono la verifica di fattibilità del path in condizioni d’incertezza in modo da individuare eventuali pericolosità.
In appendice alla tesi vi è inoltre uno studio sulla valutazione dell’esposizione solare su Marte utile a determinare l’illuminazione delle celle solari a bordo del rover.

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1 Sommario L’intento di questa tesi è lo sviluppo di un path planner (pianificatore di percorsi) per robot mobili situati in un ambiente marziano o lunare. Il path planner sviluppato è basato su A-star, algoritmo in grado di pianificare percorsi discreti a partire da un punto di start per arrivare ad un punto di goal prescelti su una mappa. La mappe utilizzate sono delle DEM (Digital Elevation Map), ovvero indicanti le altezze del terreno rispetto ad un riferimento fisso. Il path planner realizzato non è un puro e semplice pianificatore: per la scelta del percorso non si tiene in considerazione la sola distanza dal nodo obiettivo, ma si considereranno anche fattori come i dislivelli da superare, i fattori di pericolo e l’esposizione solare. Il pianificatore garantisce inoltre una certa libertà di scelta sulla tipologia di pianificazione da effettuare fornendo la possibilità all’utente di variare il grado di autonomia assegnata al sistema (concetto di Sliding Autonomy). L’obiettivo della prima parte della tesi è un’analisi teorica del problema e dello stato dell’arte sulla pianificazione discreta, in seguito si passerà alla descrizione dell’algoritmo utilizzato. Si sono sviluppate, a partire dal classico A-star, un certo numero di varianti dell’algoritmo utili a diminuire i tempi di calcolo. Inoltre ci si è concentrati sulla generazione di percorsi che prediligano caratteristiche differenti (ad es. assetti attesi, traversabilità di un terreno, ecc.), consentendoci quindi di ottenere più percorsi che, a partire da un punto di partenza fisso, raggiungano lo stesso punto obiettivo. Successivamente si descriveranno dei metodi di analisi focalizzati sui percorsi ottenuti. In primis verranno presentati i dati che possono essere estrapolati da un percorso e che lo caratterizzano (lunghezza, consumi, grafici sugli assetti, ecc.). In seguito verranno illustrati metodi di validazione statica dei path per l’introduzione di perturbazioni nei percorsi individuati. Metodi che permettono la verifica di fattibilità del path in condizioni d’incertezza in modo da individuare eventuali pericolosità. In appendice alla tesi vi è inoltre uno studio sulla valutazione dell’esposizione solare su Marte utile a determinare l’illuminazione delle celle solari a bordo del rover.

Tesi di Laurea Magistrale

Facoltà: Ingegneria

Autore: Alessandro Eros Piscioneri Contatta »

Composta da 107 pagine.

 

Questa tesi ha raggiunto 97 click dal 26/01/2018.

Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.