Dipendenza del processo di esplorazione dal range del laser

In questa serie di prove è stato valutato come cambia il processo di esplorazione al variare del range del laser impiegato. Sono stati in particolare valutati i cambiamenti riscontrati nel mapping utilizzando $r_{max} = 3, 4, 5$ metri, dove $r_{max}$ è il range del laser impiegato. Nelle Figure 4.15-4.18 viene mostrato l'andamento del processo esplorativo con $r_{max} = 3$ metri, mentre nelle Figure 4.19-4.20 e 4.21 si possono osservare le posizioni successive occupate dal robot durante nell'esplorazione dell'ambiente con $r_{max}$ pari rispettivamente a $4$ e $5$ metri. In queste prove è stata usata la generazione standard per le posizioni candidate (40 candidati equidistanziati generati su un cerchio di raggio $r_{max}/2$). La scelta del metodo di generazione standard ha messo in evidenza come, in assenza di candidati a distanze diverse, venga scelto sempre il punto che porta maggiore informazione.

Un'altra osservazione che può essere fatta confrontando i risultati ottenuti variando $r_{max}$ è che l'utilizzo di range elevati riduce il problema dei minimi locali (vedere Sezione 3.3.3). Questo accade poiché le quattro scansioni effettuate dalla posizione corrente del robot (costruzione della mappa parziale) riescono a coprire una parte sufficientemente vasta degli ambienti di prova da averne una visione generale. Allo stesso modo si può osservare come il numero dei passi di esplorazione diminuisca all'aumentare del range impiegato.

Figura 4.15: Esplorazione effettuata con $r_{max} = 3$ metri - Passi di esplorazione A e B

A B

Figura 4.16: Esplorazione effettuata con $r_{max} = 3$ metri - Passi di esplorazione C e D

C D

Figura 4.17: Esplorazione effettuata con $r_{max} = 3$ metri - Passi di esplorazione E e F

E F

Figura 4.18: Esplorazione effettuata con $r_{max} = 3$ metri - Passi di esplorazione G e H

G H

Figura 4.19: Esplorazione effettuata con $r_{max} = 4$ metri - Passi di esplorazione A e B

A B

Figura 4.20: Esplorazione effettuata con $r_{max} = 4$ metri - Passi di esplorazione C e D

C D

Figura 4.21: Esplorazione effettuata con $r_{max} = 5$ metri

Consideriamo ora il caso seguente. Se il robot viene posto in un ambiente scarsamente popolato da oggetti, può accadere che le quattro scansioni iniziali non rilevino alcuna presenza: in questo modo la mappa globale al primo passo (la mappa parziale alla fine del primo passo diventa la mappa globale) risulta vuota (Figura 4.22).

Figura 4.22: Scansione a 360 gradi che non rileva alcun oggetto

Tutti i punti candidati quindi fornirebbero lo stesso grado di informazioni e anche il costo per il loro raggiungimento sarebbe lo stesso. In questo caso verrebbe scelto il primo candidato generato. In Figura 4.23 viene cerchiato il candidato generato per primo. I successivi vengono generati in senso antiorario.

Se anche i passi successivi generano mappe parziali vuote, il primo punto generato verrà sempre scelto come prossima posizione in cui muoversi. In questo modo il Robot sarebbe costretto a muoversi su di un percorso chiuso, la cui grandezza dipende dalla distanza dei candidati dal Robot. Per risolvere questo problema è stato implementato un controllo che opera secondo i seguenti passi:

• se la mappa parziale e la mappa globale correnti sono vuote,
• allora effettua uno spostamento in avanti di max_scan_lenght/2.

In questo modo si ottiene che il robot proceda in avanti finchè non rileva qualche oggetto. Da quel momento in poi il processo di esplorazione può ripartire nella maniera usuale, con la costruzione delle mappe parziali e la scelta della successiva posizione in cui muovere il robot.

Figura 4.23: Se il robot sceglie sempre il primo candidato che viene generato rischia di girare su un percorso chiuso senza poter completare il processo mapping in modo corretto