"Un criterio entropico per l'esplorazione con Robot mobili"

L'esplorazione di un ambiente da parte di un robot mobile è un processo iterativo caratterizzato da tre attività primarie: la costruzione di una mappa atta a descrivere il mondo che circonda il robot, la localizzazione del robot stesso all'interno dell'ambiente e la pianificazione, cioè la scelta dei movimenti che il robot deve compiere durante l'esplorazione.

La mia tesi propone un metodo di esplorazione adatta a robot mobili equipaggiati con scanner laser. Il robot viene immerso nell'ambiente da esplorare e ne costruisce una mappa in modo iterativo, scegliendo via via la migliore posizione da cui effettuare il successivo passo di esplorazione.

L'algoritmo opera secondo i seguenti passi:

• Il robot rileva una scansione a 360 gradi nella posizione in cui si trova.
• Vengono generate una serie di posizioni candidate, tra cui verrà scelta la nuova posizione di esplorazione.
• Viene scelta la nuova posizione di esplorazione e vengono calcolati i parametri di movimento.
• Il Robot si sposta nella nuova posizione da cui riparte il processo di esplorazione.

Il lato innovativo della tesi risiede nell'algoritmo di scelta della nuova posizione di esplorazione, determinata tenendo conto sia dell'informazione ottenibile da una posizione candidata, sia del costo di raggiungimento della posizione stessa.

L'implementazione del metodo di esplorazione ha dato vita al software FLEA: (F)ast (L)ocalizaton and (E)xploration (A)lgorithm. Purtroppo non potrete fa girare il programma a meno di avere a disposizione un Robuter e uno scanner laser SICK, ma potete dare un'occhiata al codice delle varie procedure.

DOCUMENTAZIONE SW FLEA

Se siete interessati potete leggere una versione PDF della documentazione.

Durante la stesura della tesi ho collaborato alla stesura di un paper per la 1st International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (ICINCO2004). Ecco qua!

I seguenti link portano ad animazioni riguardanti il funzionamento del software. Potrete vedere che aspetto ha una mappa a punti generata dal laser, come due scansioni diverse vengono riferite allo stesso sistema di riferimento, come vengono allineate e infine fuse tra loro. Vengono anche visualizzate le posizioni candidate e il percorso di esplorazione effettuato dal Robot. Viene anche mostrata la procedura di scarto delle posizioni non raggiungibili da parte del Robot (in cui si rischiano urti contro gli oggetti presenti nell'ambiente).

La prima animazione riguarda l'allineamento tra due scansioni. Quando si impartisce un comando di movimento al robot, questo non si sposterà esattamente del valore fornito, ma commetterà un errore. Quando un oggetto viene rimisurato non verrà dunque visto nella posizione che ci si aspetta, ma sarà spostato una certa quantità, che dipende dall'errore commesso. La prima immagine calcola questo errore allineando due scansioni e calcolando la rototraslazione relativa.

ALLINEAMENTO TRA DUE MAPPE

La seconda animazione riguarda l'esplorazione fatta nell'atrio del Dipartimento di Elettronica e Informazione del Politecnico di Milano. Vengono messi in evidenza i passi di costruzione della mappa: due rilevazioni successive vengono riferite allo stesso sistema di riferimento, vengono riallineate per determinare l'errore di spostamento e quindi fuse tra loro. Le frecce indicano le posizioni successive occupate dal Robot durante l'esplorazione.

COSTRUZIONE MAPPA PRIMO AMBIENTE

La terza e la quarta animazione riguardano l'esplorazione del laboratorio di Robotica e Intelligenza Artificiale del dipartimento. Nel primo caso la posizione di esplorazione successiva viene scelta tra un insieme di posizioni generate in modo casuale su una corona circolare, mentre nel secondo caso esse vengono generate su di un cerchio. Ogni animazione visualizza infine il percorso complessivo effettuato dal Robot durante la sua esplorazione.

COSTRUZIONE MAPPA SECONDO AMBIENTE - Candidati RANDOM

COSTRUZIONE MAPPA SECONDO AMBIENTE - Candidati STANDARD

PDF completo della tesi!

Tesi in formato Postscript gzippato!

PDF tesi con font Adobe (se l'altro PDF vi viene visualizzato male)

TESI online in formato HTML

ECCO I VIDEO DEL ROBOT MO.RO.2 IN AZIONE (AVI compressi DivX4):

La discussione della mia tesi è il 20 Aprile 2004. Se volete sentire due parole sulla Robotica Mobile venite gioiosi al Politecnico! Ecco la MAPPA per giungere a destinazione. L'uscita da imboccare è quella di Lambrate.