STEFANO AL ZANATI Struttura della presentazione Realizzazione del

STEFANO AL ZANATI Struttura della presentazione Realizzazione del robot REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE Componenti per la movimentazione REALIZZAZIONE DEL ROBOT Controllo dei componenti Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Localizzazione del robot Taratura dei sensori Simulazione per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

STEFANO AL ZANATI PARTE 1 REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Il robot realizzato STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE Componenti per la movimentazione REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Componenti per la movimentazione

STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE Sensori Infrarossi REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Sensori a infrarossi Sharp 2 Y 0 A 21 Caratteristiche tecniche: tecnologia a infrarossi per misurazione di distanza; valore analogico letto tanto più grande quanto l'oggetto è vicino; range operativo tra i 10 cm e gli 80 cm; Assemblaggio: intervalli regolari su tutta la circonferenza del robot; cintura rimovibile intorno alla circonferenza del robot, tra i vani inferiore e superiore. Collegamenti: alimentazione a 5 V fornita dal modulo di potenza Sabertooth; segnale analogico inviato alla scheda Arduino. STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

STEFANO AL ZANATI PARTE 2 REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Descrizione della problematica utilizzo dei filtri EKF e UKF per la localizzazione; correzione del percorso. Operazioni effettuate taratura dei sensori infrarossi; simulazioni per il posizionamento dei sensori; adattamento dei programmi simulativi alla movimentazione in laboratorio; esperimenti effettuati. STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE Taratura dei sensori REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Descrizione della problematica Curva fornita dal produttore STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Operazioni effettuate Interpolazione polinomiale mediante polyfit di Matlab STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Lettura dei valori analogici ogni 5 cm su tutto l'intervallo 10 cm-80 cm Tabulazione dei valori: volt-cm Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Calcolo dei coefficienti con approssimazione al secondo grado Implementazione sul robot Funzione polyfit di Matlab Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Operazioni effettuate La curva ottenuta con la funzione polyfit di Matlab STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Operazioni effettuate La curva ottenuta con l'approssimazione tramite spezzata STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN Simulazioni per il posizionamento dei sensori infrarossi STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati COCNLUSIONI

Le cinque stanze e i cinque percorsi simulati

I quattro tipi di posizionamenti dei sensori testati STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati COCNLUSIONI

Disturbi sulle letture Posizioni iniziali STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Rumore sulla dinamica Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Rumore sui sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati COCNLUSIONI

STEFANO AL ZANATI Indice di prestazione J REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Per ognuno degli Npassi della simulazione, si calcola la distanza al passo i-esimo tra le coordinate x, y assunte dal robot durante il percorso (e differenti da quelle assegnate poiché corrotte), e le coordinate x. Hat, y. Hat stimate dal filtro di Kalman. Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati COCNLUSIONI

Grafici dei risultati ottenuti Le performance dei posizionamenti su tutta la circonferenza del robot (2 e 4) sono migliori. Tra i due intervalli regolari (2) e irregolari (4), è mediamente migliore il posizionamento su intervalli regolari.

STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE Implementazione sul robot REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Comunicazione tra Matlab e Arduino Rotazione del robot Conversione da angolo da effettuare, calcolato dal programma Matlab dopo il filtraggio dei dati, a comando giri ruota, interpretato da Arduino: i motori sono comandati nello stesso verso; legge di conversione da angolo theta a giri motore lineare. STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Comunicazione tra Matlab e Arduino Traslazione del robot Conversione da spazio da effettuare, calcolato dal programma Matlab dopo il filtraggio dei dati, a comando giri ruota, interpretato da Arduino: i motori sono comandati in versi opposti; legge di conversione da spazio rho a giri motore non lineare. STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Adattamenti alla movimentazione Variabili con errore intrinseco rumore sulle letture degli encoder e dei sensori dovute ad imprecisioni delle apparecchiature; approssimazioni dovute all'interpretazione del valore analogico letto dai sensori; approssimazioni introdotte nella conversione tra angolospazio e giri ruota. STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori Eliminazione del tratto curvilineo per andare dal punto i al punto j ci si ferma in i, si orienta il robot verso j e si effettua la traslazione. LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

L'ambiente utilizzato in laboratorio STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

STEFANO AL ZANATI Indice di prestazione J REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Per ognuno degli Npassi in cui è fermato il robot, si calcola la distanza al passo i-esimo tra le coordinate x, y assegnate al robot dall'utente e le coordinate x. Hat, y. Hat stimate dal filtro di Kalman. Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE Esperimenti effettuati REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

L'errore di traslazione iniziale STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Il percorso senza filtro STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Le 5 prove condotte con i filtri EKF e UKF

La comparazione degli indici J sulle 5 prove condotte con entrambe le tipologie di filtraggio STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Le 2 prove condotte con il filtro EKF e UKF su fogli di carta STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Le 2 prove condotte con il filtro EKF e UKF con ostacolo imprevisto STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

La comparazione degli indici J sulle 2 prove condotte su fogli di carta e con ostacolo imprevisto con entrambi i filtri STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI

Conclusioni Il filtro di Kalman Unscented localizza mediamente meglio rispetto al filtro di Kalman Extended; la correzione del percorso tramite la stima effettuata è risultata sempre possibile, con una precisione soddisfacente; la presenza di fogli di carta ha peggiorato la localizzazione, ma la correzione del percorso è risultata mediamente soddifacente; la presenza di un ostacolo non previsto ha provocato una fallimentare stima della posizione e non è stato possibile effettuare una correzione del percorso. Sviluppi futuri Sostituzione dei sensori con un unico sensore rotante; sistema di visione mediante telecamere per la misura delle distanze dalle pareti. STEFANO AL ZANATI REALIZZAZIONE E LOCALIZZAZIONE DI UN ROBOT MOBILE MEDIANTE KALMAN STRUTTURA DELLA PRESENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL ROBOT Componenti per la movimentazione Sensori LOCALIZZAZIONE DEL ROBOT Taratura dei sensori Simulazioni per il posizionamento dei sensori Implementazione sul robot Esperimenti effettuati CONCLUSIONI