ITFI20090096A1 - Sistema robotico autonomo per l'esecuzione di task in ambienti urbani, non strutturati e/o parzialmente strutturati - Google Patents
Sistema robotico autonomo per l'esecuzione di task in ambienti urbani, non strutturati e/o parzialmente strutturati Download PDFInfo
- Publication number
- ITFI20090096A1 ITFI20090096A1 IT000096A ITFI20090096A ITFI20090096A1 IT FI20090096 A1 ITFI20090096 A1 IT FI20090096A1 IT 000096 A IT000096 A IT 000096A IT FI20090096 A ITFI20090096 A IT FI20090096A IT FI20090096 A1 ITFI20090096 A1 IT FI20090096A1
- Authority
- IT
- Italy
- Prior art keywords
- self
- robotic system
- robot
- sensors
- propelled
- Prior art date
Links
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 16
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 11
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 6
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000013439 planning Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
- G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
- G05D1/0246—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using a video camera in combination with image processing means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
- G01S1/72—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- G01S1/76—Systems for determining direction or position line
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
- G01S5/26—Position of receiver fixed by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
- G01S5/30—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
- G05D1/0255—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using acoustic signals, e.g. ultra-sonic singals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S2201/00—Indexing scheme relating to beacons or beacon systems transmitting signals capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters
- G01S2201/01—Indexing scheme relating to beacons or beacon systems transmitting signals capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters adapted for specific applications or environments
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
SISTEMA ROBOTICO AUTONOMO PER L'ESECUZIONE DI TASK IN AMBIENTI
URBANI, NON STRUTTURATI E/O PARZIALMENTE STRUTTURATI
DESCRIZIONE
La presente invenzione ha per oggetto un sistema robotico di fornitura di beni e/o svolgimento di servizi su chiamata attraverso robot semoventi controllati da un'unità centrale remota di gestione e controllo e più precisamente si riferisce ad un sistema robotico comprendente uno o più robot che offrono i loro servizi in seguito a una chiamata da parte di un utente registrato al servizio.
Il sistema robotico secondo l’invenzione à ̈ particolarmente studiato per svolgere il servizio di raccolta differenziata dei rifiuti in ambiente urbano. E’, infatti, convinzione dei tecnici del settore che, in generale, il sistema della raccolta differenziata abbia già raggiunto una situazione di saturazione della sua possibilità di crescita ed una valutazione di prospettiva sul futuro suggerisce che, inevitabilmente, dei miglioramenti potranno essere conseguiti solo attraverso interventi innovativi sul sistema attuale di raccolta. L'obiettivo del 60% di raccolta differenziata per il 2011 à ̈ probabilmente raggiungibile solo modificando radicalmente il sistema di raccolta e utilizzando in modo intensivo i sistemi di raccolta domiciliare e porta a porta. Come à ̈ d'altra parte noto, uno dei principali problemi che rende difficoltoso il sistema di raccolta differenziata porta a porta riguarda le aree pedonali, presenti in un gran numero di città grandi e medio-piccole, che per la loro natura mal si prestano all'impiego dei tradizionali mezzi di raccolta dei rifiuti.
Oltre a questa applicazione, à ̈ noto che numerose aree private e confinate, quali villaggi turistici, parchi giochi, parchi benessere, centri commerciali, campi da golf, o aree dove si svolgono manifestazioni fieristiche e sportive presentano la necessità di fornire beni e servizi dietro specifica richiesta in modo automatico sotto un controllo centralizzato e remoto.
Sistemi di navigazione e di localizzazione di robot sono ad esempio descritti in CN101126808, CN1945351 e WO2008026463.
Lo scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un sistema robotico comprendente almeno un robot a locomozione autonoma atto a fornire, con la massima efficienza ed efficacia, un servizio su chiamata in un ambiente urbano, non strutturato e/o parzialmente strutturato o in un ambiente confinato.
Uno scopo particolare della presente invenzione à ̈ di fornire un sistema robotico del tipo suddetto capace di guidare il robot verso l’utente seguendo il percorso più breve, ottimizzando i tempi di esecuzione dei suoi compiti, evitando gli ostacoli attesi ed inattesi.
Un altro scopo particolare della presente invenzione à ̈ di fornire un sistema robotico del tipo suddetto con un'unità di controllo remota capace, tra l'altro, di gestire gli eventuali malfunzionamenti del robot.
Un ulteriore scopo particolare della presente invenzione à ̈ di fornire un sistema dove integrare facilmente sensori e robot (sensori mobili) ai fini di effettuare un monitoraggio ambientale. Tale sistema dà la possibilità rispetto a rilevamenti ambientali con stazioni fisse attualmente utilizzate di fornire un quadro sinottico su aree di maggiori dimensioni (i robot possono muoversi) di parametri ambientali nell’area coperta dal sistema.
Questi scopi vengono raggiunti con il sistema robotico secondo la presente invenzione le cui caratteristiche essenziali sono riportate nella rivendicazione 1. Ulteriori importanti caratteristiche sono riportate nelle rivendicazioni dipendenti.
Secondo un aspetto dell'invenzione, l’integrazione di robot autonomi (grazie all’architettura e ai sottosistemi descritti successivamente) e di un insieme di sensori distribuiti nell’ambiente con un sistema informativo per la gestione e la supervisione in remoto del sistema, permette il raggiungimento degli scopi prefissati.
Secondo un altro aspetto dell'invenzione, l’integrazione di diversi sistemi atti alla localizzazione del robot (inclusi delle boe ultrasoniche e ottiche) combinato con l’utilizzo di particolari algoritmi di sensor-fusion permettono di ottenere un sistema di localizzazione con prestazioni superiori a quelli standard.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del sistema robotico secondo la presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione che segue di una sua forma realizzativa fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento ai disegni annessi in cui:
la figura 1 illustra schematicamente l’architettura del sistema robotico secondo l’invenzione;
la figura 2 à ̈ un diagramma illustrante l’architettura di un robot facente parte del sistema secondo l'invenzione;
la figura 3 illustra in esploso un robot utilizzabile nel sistema robotico secondo l’invenzione;
la figura 4 mostra il diagramma funzionale relativo al sistema di navigazione del robot;
le figure 5 e 6 illustrano schematicamente il sistema di localizzazione del robot. La figura 1 illustra schematicamente la soluzione adottata per far svolgere ad un robot un compito, su richiesta effettuata in remoto da un utente, in modo del tutto autonomo e secondo standard di efficacia ed efficienza prestabiliti (percorso più breve, tempi di esecuzione dei task ottimizzati, individuazione ed eliminazione di ostacoli attesi ed inattesi),
Il sistema robotico messo a punto per raggiungere questi risultati prevede l'impiego di:
1. Uno o più robot semoventi 1 con telecamera 1a a bordo;
2. Sensori nell'ambiente che includono: telecamere 2 che aiutano ad individuare il robot rispetto al contesto in cui si muove e a controllare l'attività dello stesso; boe di localizzazione 3; eventuali sensori ambientali di rilevamento dati dell'aria 4, come ad esempio sensori per il PM10 o il CO; i sensori ambientali e le boe di localizzazione costituiscono una Wireless Sensor Network, genericamente indicata con WSN, in grado di raccogliere dati ambientali e fornirli al sistema remoto che controlla il robot. I diversi nodi della rete possono essere configurati dal sistema di gestione remoto.
3. Un sistema informativo di Ambient Intelligence, genericamente indicato con AmI, progettato per gestire e coordinare ad alto livello i robot e i sensori e collegato a questi attraverso connessione wireless di vario tipo (GPRS, UMTS, WI FI, WI MAX, etc.) e comprendente un centro di controllo 5 e un server remoto AmI core 6. In particolare il server remoto AmI riceve tutti i dati provenienti dal sistema, gestisce i database ed invia i comandi e i dati al robot. Inoltre processa i dati ricevuti e li rende disponibile al centro di controllo dove un operatore puo’ visualizzare i dati del sistema, puo’ mandare dei comandi al robot e all’intero sistema e puo’ rilevare eventuali condizioni di malfunzionamento così da poter intervenire in maniera tempestiva.
Il flusso di dati, genericamente indicato con 7, tra i robot 1 e l'unità di controllo AmI attraverso internet à ̈ costituito, oltre che da segnali di comando, da mappe e waypoint, anche da indicazioni di posizione e di stato dei singoli robot, dei rispettivi compiti correnti, dai dati ambientali provenienti da sensori a bordo e da stream video.
L'unità WSN provvede invece all'invio, attraverso internet, di stream video dalle telecamere 2 e di dati ambientali dalle boe di localizzazione 3 e dagli altri sensori presenti nell'ambiente.
Come mostrato in figura 3, il robot 1 é stato progettato e costruito utilizzando come piattaforma base una piattaforma commerciale, ad esempio Segway RMP 200 (robot a due ruote, che sta in equilibrio grazie al movimento coordinato stabilizzante delle ruote).
La struttura del robot comprende un telaio, in alluminio, composto di due piastre, una inferiore e una superiore, e da profilati di alluminio standard (prodotti ad esempio da Item srl). All'interno di questa struttura à ̈ posizionato un cestello scorrevole su guide, ad esempio guide SKF, che, nella versione qui illustrata a titolo di esempio, ha la funzione di raccogliere e scaricare il sacco dell'immondizia (portata in volume 70 lt), la cui movimentazione avviene grazie ad un servomotore posto nella parte frontale del robot, e ad un gruppo trasmissione a cinghia (ad esempio un gruppo prodotto da Misumi Corp.). Sopra la piastra superiore é montato il "collo" del robot dedicato alla movimentazione della testa. Preferibilmente, la testa à ̈ in grado di ruotare di 90 gradi in modo da posizionarsi di fronte all’operatore quando interagisce con il touchscreen.
Dal punto di vista architetturale il robot à ̈ composto di diversi sottosistemi connessi in maniera modulare (come mostrato in figura 2). Il robot à ̈ supervisionato da un PC industriale, connesso all’Ambiente Intelligente tramite connessioni wireless. Il PC supervisiona il robot, implementa gli algoritmi di navigazione e gestisce i vari sottomoduli quali:
- I sistemi di comunicazione;
- Il sistema di locomozione che oltre ad interfacciare il PC con la base mobile e con i vari meccanismi di attuazione del robot quali carrello e testa, implementa anche un sistema di rilevazione degli ostacoli di basso livello;
- Il sistema di localizzazione;
- Il sistema di rilevazione degli ostacoli d'alto livello (che include sensori infrarossi, ultrasonici e un laser scanner);
- Il modulo per il monitoraggio ambientale;
- L’interfaccia utente preferibilmente di tipo touch-screen.
La maggior parte dei moduli à ̈ connessa tramite CAN bus (Controller Area Network), standard di riferimento in campo automobilistico.
In dettaglio, i componenti fondamentali del sistema, che gli permettono di svolgere le sue funzioni, sono le seguenti:
I. Comunicazione Wireless: Il robot dispone di diverse modalità di comunicazione wireless:
- un metodo per garantire una connessione wireless a internet in ogni luogo all'interno dell'area operativa del robot: ciò à ̈ ottenuto utilizzando diversi standard di comunicazione disponibili in commercio (GPRS, UMTS, WiFi, GSM) ed usando di volta in volta quello che garantisce una connessione stabile: ad esempio se il segnale WiFi viene a mancare, il sistema passa al GPRS garantendo cosi la connessione alla rete. E' necessario per il funzionamento del sistema che il robot sia sempre connesso a internet;
- un metodo di comunicazione wireless con la Wireless Sensor Network (WSN) (di tipo Zigbee) per dare la possibilità di scambiare dati con i diversi nodi componenti la rete.
II. Interfaccia con l'utente: Il robot fornisce un'interfaccia con l'utente umano, la quale presenta quattro diversi aspetti:
- Touchscreen -> il robot fornisce i servizi che può erogare all'utente interagendo con lo stesso attraverso un touchscreen (il robot può fornire i dati ambientali raccolti, ha la possibilità di ricevere rifiuti, può fornire altre utili informazioni sulla città , come ad esempio orario delle farmacie o dei cinema, etc.);
- LED -> il robot à ̈ provvisto di LED di diversi colori intorno ai propri occhi per mostrare che azione sta compiendo: se sta eseguendo un compito, se à ̈ pronto per ricevere una chiamata da un utente o se si trova in una situazione di guasto o errore; - Frecce luminose -> per indicare la direzione di movimento;
- Speaker Altoparlanti -> il robot usa una voce registrata per fornire all'utente alcune informazioni (ad esempio se c'e stato un cattivo uso del sistema da parte dell'utente, o nel momento in cui ripete alcune frasi scritte sul touch-screen per facilitare l'interazione, o per informare con certe modalità acustiche la direzione di moto del robot).
III. Sistema di navigazione: L'innovativo sistema di navigazione del robot à ̈ diviso in tre diversi livelli:
- Il primo à ̈ il livello gestito dall' Ambient Intelligence (AmI). AmI conosce la mappa dell'area operativa del robot: nel momento in cui, in seguito ad una chiamata da parte di un utente, AmI decide la posizione da far raggiungere ad un robot e pianifica un percorso che va dalla posizione attuale del robot fino alla sua destinazione. Il percorso à ̈ costituito da diverse mete (waypoint) posizionate a una distanza di circa 40 m l'una dall'altra che il robot deve raggiungere durante il tragitto. AmI divide la mappa della città in parti ed invia la prima parte contenente il primo waypoint al robot.
- La mappa inviata à ̈ utilizzata dal robot per costruire un percorso (utilizzando dei waypoint intermedi) fino al primo waypoint ricevuto usando un algoritmo di "path planning" (ad esempio Wavefront);
- AmI utilizza mappe dinamiche sperimentate ad hoc per questo modello. AmI può modificare le mappe allo scopo di fornire la possibilità di supportare la navigazione del robot anche tenendo conto di eventi che possono modificare il possibile percorso del robot;
- Il robot inizia dunque a muoversi utilizzando la mappa ricevuta ed evitando gli ostacoli grazie all'applicazione di un algoritmo di navigazione reattivo (ad esempio VFH);
- Il robot, guidato dalla mappa dinamica e dall'algoritmo di navigazione reattivo, à ̈ poi provvisto di un sistema che gli consente di rilevare gli ostacoli fisici nel momento in cui li incontra. Tale sistema à ̈ basato su sensori ultrasonici, su sensori infrarossi e su sensori a scansione laser. In particolare, à ̈ provvisto di un meccanismo basato su sensori infrarossi per individuare i marciapiedi ed eventualmente seguirli compiendo un percorso al margine di essi. I sensori ultrasonici e i sensori a scansioni laser servono a rilevare ostacoli statici o dinamici ed il robot à ̈ così in grado di evitarli aggirandoli;
- Quando il robot raggiunge il primo waypoint, AmI invia un'altra parte di mappa e un altro waypoint ed il processo si ripete. Il processo viene quindi replicato fino a che il robot non raggiunga la sua posizione finale.
L’innovatività del sistema risiede nella gestione dinamica delle mappe. Tale sistema, infatti, fornisce la possibilità di cambiare dinamicamente il percorso del robot, anche attraverso la possibilità di cambiare la mappa dell'area operativa nel caso d'alcuni eventi. Ad esempio, se un'autovettura à ̈ parcheggiata in una strada, AmI segnalerà questa circostanza al robot cambiando in tempo reale il disegno della parte di mappa che contiene l'autovettura. Il sistema di localizzazione sopradescritto à ̈ schematizzato in figura 4.
IV. Localizzazione: Il robot, grazie all'innovativo sistema di localizzazione messo a punto, comprende mezzi di auto-localizzazione utilizzando diversi approcci per garantire una precisione nella localizzazione con un errore massimo di 3 m. In figura 5 e 6 sono riportati gli schemi relativi a detti mezzi di auto-localizzazione.
L’innovatività dell’approccio risiede nell’integrazione di diversi sistemi che presi singolarmente non garantiscono le prestazioni richieste dall’applicazione e la necessaria robustezza.
In particolare i mezzi di auto-localizzazione comprendono:
- primi mezzi per la stima del proprio assetto usando i dati provenienti da una IMU (Inertial Measurement Unit) (3 accelerometri e 3 giroscopi);
- secondi mezzi per stima della propria posizione/orientazione rispetto al punto d'arrivo utilizzando dati provenienti dall'odometria del robot (encoder), bussola, GPS;
- utilizzo di una rete di boe ultrasoniche per trilaterare la propria posizione. I ricevitori ultrasonici sono posizionati sul robot, mentre i trasmettitori ultrasonici sono sulle boe. La trasmissione ultrasonica da parte delle boe à ̈ comandata dal robot via radio (di tipo Zigbee) e il robot calcola il tempo di volo dell'onda ultrasonica stimando la propria distanza dalle boe. Quindi, conoscendo almeno la distanza da tre boe (delle quali si conosce l'esatta posizione), à ̈ possibile stimare la propria posizione;
- utilizzo di una rete di boe ottiche rilevabili da sensori a scansione laser. Queste boe (paletti alti 1 m) che presentano un’alta riflettività sono rilevate dal sensore a scansione laser. Ogni boa à ̈ associata ad un nodo della rete wireless. Quando il robot la avvista, interroga via radio (di tipo Zigbee) la WSN ricevendo il numero identificativo della boa. A quel punto, conoscendo l’angolo e la distanza a cui la boa à ̈ vista e la posizione della boa (il robot la ricava dal numero identificativo ricevuto), il robot può stimare la propria posizione.
Le boe ottiche vengono posizionate per limitare l’errore nella localizzazione, mentre aree coperte dalle boe ultrasoniche sono posizionate quando si necessità di una precisione nella localizzazione dell’ordine dei centimetri.
Il funzionamento dell’algoritmo à ̈ mostrato in fig.6. Una IMU (Inertial Measurement Unit) costituita da 3 giroscopi e 3 accelerometri fornisce 3 velocità angolari (p,q,r) e 3 accelerazioni lungo gli assi cartesiani (Ax,Ay,Az). Tali dati vengono acquisiti ed utilizzati per stimare l’angolo di rollio e beccheggio del robot.
Per stimare la posizione x, y e l’orientazione verso il nord ( ) del robot i dati provenienti da diversi sensori vengono raccolti e fusi secondo algoritmi di stima (di tipo Extended Kalman Filter). Tale algoritmo stima la posizione e l’orientazione del robot utilizzando di volta in volta le misure presenti. In particolare, i diversi sensori utilizzati sono:
• odometria (encoder del Segway) che fornisce la velocità traslazionale e rotazionale del robot;
• bussola magnetica che fornisce l’angolo verso il nord;
• un ricevitore GPS che fornisce la posizione del robot;
• le boe ottiche che forniscono la posizione del robot. Tale misura à ̈ presente quando il robot si trova nei dintorni di una boa ottica e puo’ utilizzarla per autolocalizzarsi (distanza massima da una boa circa 7 m);
• le boe ultrasoniche che forniscono la posizione del robot. Tale misura à ̈ presente se il robot viene a trovarsi all’interno di un’area di trilaterazione dove almeno 3 boe sono presenti.
V. Tele-operazione:
L'intervento del robot può essere attivato a distanza da un utente sia attraverso uno smart-phone sia attraverso Internet. Durante la tele-operazione il robot si arresta se rileva ostacoli ad una distanza minore di una distanza prefissata, per evitare collisioni. Un utente remoto può anche aprire/chiudere il vano portaoggetti, la cui innovativa destinazione d'uso può essere configurata tanto per garantire il contenimento di sacchetti della spazzatura e il necessario isolamento dalle parti meccaniche ed elettroniche della struttura, quanto per ulteriori eventuali applicazioni, quali la predisposizione di un frigorifero o un box per l'erogazione di oggetti su richiesta, o altro.
VI. Streaming video dalle telecamere a bordo:
Il robot riceve un video in "streaming" da webcam posizionate negli occhi e invia questi dati via wireless al Server Remoto - AmI Core. Tale stream video à ̈ usato per scopi di "debug" o per fini di sicurezza (ad esempio per vedere e registrare eventuali azioni vandaliche).
VII. Monitoraggio ambientale:
Il robot à ̈ una piattaforma aperta in grado di monitorare diversi parametri ambientali (ad esempio CO, PM10, Ozono... ). Sensori aggiuntivi possono essere facilmente integrati nel sistema. I dati sono raccolti e forniti via wireless al Server Remoto - AmI Core. Il monitoraggio ambientale à ̈ eseguito sia a bordo del robot sia distribuito nell'ambiente tramite la Wireless Sensor Network.
VIII. Gestione del cassetto:
Il robot à ̈ fornito di un cassetto per ricevere e trasportare degli oggetti. Il robot à ̈ in grado di aprire/chiudere il cassetto ed inoltre à ̈ provvisto di un meccanismo per scaricare il contenuto del cassetto.
IX. Monitoraggio stato del robot:
Il robot esegue il monitoraggio dello stato dei propri sottosistemi al fine di rilevare guasti e malfunzionamenti. Esso controlla inoltre altre possibili condizioni di malfunzionamento relative alla navigazione (impossibilita di raggiungere un waypoint, scadenza di un timeout per raggiungere un waypoint) e comunica continuamente il proprio stato via wireless al Server Remoto -AmI Core.
X. Funzionalità della Rete Sensori Wireless (Wireless Sensor Network, WSN):
La rete di sensori wireless à ̈ composta da nodi, ognuno dei quali à ̈ provvisto della capacità di integrare diversi sensori ambientali. WSN raggruppa i dati ricevuti dai sensori ambientali e li invia via wireless al Server Remoto - AmI Core. WSN fornisce inoltre un sistema di boe ultrasoniche e ottiche per la localizzazione (si veda la funzionalità Localizzazione, punto IV, per dettagli). WSN invia al Server Remoto - AmI Core informazioni sui nodi interrogati dal robot. L'AmI core utilizzerà tali informazioni per stimare la posizione del robot.
L'insieme di tali dieci componenti, opportunamente integrati e interconnessi, consente di realizzare l'obiettivo di far svolgere ad un robot un compito a chiamata in modo del tutto autonomo e secondo standard d'efficacia ed efficienza prestabiliti (percorso più breve, tempi d'esecuzione dei task ottimizzati, individuazione ed eliminazione d'ostacoli attesi ed inattesi), con alcuni vantaggi:
- Non esiste ancora niente di analogo, ovvero non esistono sistemi automatizzati progettati allo scopo di realizzare task con i suddetti criteri di efficienza ed efficacia;
- Il sistema progettato à ̈ un sistema altamente flessibile, scalabile e riconfigurabile, a seconda delle esigenze e delle applicazioni.
Una possibile applicazione del sistema robotico secondo l’invenzione, alternativa a quella della raccolta differenziata dei rifiuti, può essere quella, per un comune, di utilizzarlo in giornate informative o di sensibilizzazione verso cause o tematiche connesse all'ambiente o alla salute e in generale ai cittadini, lasciando che si muova in piccole aree transennate all'interno delle piazze ove usualmente vengono organizzate le manifestazioni e predisposti gli stand. Il robot potrebbe in questi casi fungere da una parte da elemento d'attrazione e, dall'altra, da originale mezzo d'informazione. E' presumibile anche la predisposizione di piccoli spazi permanenti all'interno delle piazze o dei parchi pubblici, alla stregua degli uffici informazioni, in cui il robot possa fornire informazioni e curiosità ad ogni cittadino che lo intervisti attraverso il touch-screen.
Oltre a quello dei comuni, nell'eventualità in cui non venga utilizzato per la raccolta differenziata dei rifiuti porta a porta, un possibile utilizzo dei robot autonomi facenti parte del sistema robotico secondo l’invenzione à ̈ quello in ambienti strutturati e/o confinati quali villaggi turistici, parchi divertimento e parchi benessere. In tali casi i robot possono costituire un'attrazione turistica capace al contempo di fornire un servizio di informazione e guida alle attrazioni con la possibilità di erogare ticket e distribuire bibite o sandwich, o prestarsi a sponsorizzazione, ecc.
Lo stesso utilizzo à ̈ presumibile per manifestazioni sportive e fieristiche.
Altre possibili applicazioni possono essere nei campi da golf in cui i robot possono essere adibiti al trasporto delle mazze o ad altro tipo di servizi, quali le informazioni in tempo reale sulla velocità dei lanci, sulle ultime statistiche o sulla inclinazione del terreno.
Varianti e modifiche potranno essere apportate al sistema robotico secondo la presente invenzione senza per questo uscire dall'ambito protettivo dell'invenzione medesima come definita dalle rivendicazioni che seguono.
Claims (14)
- RIVENDICAZIONI 1. Sistema robotico per la fornitura di beni e/o lo svolgimento di servizi all'interno di un ambiente di riferimento, detto sistema robotico comprendendo: • uno o più robot semoventi (1) posizionati entro detto ambiente; • un'unità remota di controllo (5, 6) connessa con detti uno o più robot semoventi (1) ed atta a monitorare quest'ultimi al fine di fornire detti beni e/o di svolgere detti servizi, detta unità di controllo (5, 6) trasmettendo e ricevendo segnali a/da ciascuno di detti uno o più robot semoventi (1); ed • uno o più sensori (1a, 2, 3, 4) di detto ambiente di riferimento, detti uno o più sensori (1a, 2, 3, 4) essendo atti a collezionare informazioni relative a detto ambiente ed a trasmetterle a detta unità remota di controllo (5, 6) al fine di elaborare detti segnali.
- 2. Sistema robotico secondo la rivendicazione 1, in cui detti uno o più sensori ambientali (1a, 2) comprendono un sistema di telecamere (1a, 2).
- 3. Sistema robotico secondo la rivendicazione 2, in cui detto sistema di telecamere (1a, 2) comprende prime telecamere (2) disposte in posizione fissa rispetto a detto ambiente di riferimento.
- 4. Sistema robotico secondo le rivendicazioni 2 o 3, in cui detto sistema di telecamere (1a, 2) comprende seconde telecamere (1a), ciascuna di dette seconde telecamere (1a) essendo posizionata su un rispettivo robot semovente (1).
- 5. Sistema robotico secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti uno o più sensori (1a, 2, 3, 4) comprendono uno o più sensori di rilevamento dati dell'aria (4).
- 6. Sistema robotico secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti uno o più sensori (1a, 2, 3, 4) comprendono una o più boe ultrasoniche e/o ottiche di localizzazione (3), ciascuna di dette boe comprendendo un rispettivo trasmettitore acustico o ottico.
- 7. Sistema robotico secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unità di controllo (5, 6) à ̈ atta a trasmettere e ricevere detti segnali a/da ciascuno di detti robot semoventi (1) mediante una comunicazione di tipo wireless.
- 8. Sistema robotico secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun robot semovente (1) presenta mezzi d'interfaccia utente.
- 9. Sistema robotico secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun robot semovente (1) comprende mezzi di auto-localizzazione.
- 10. Sistema robotico secondo la rivendicazione 9, in cui detti mezzi di autolocalizzazione comprendono primi mezzi per la determinazione di un assetto di detto robot semovente (1), detti mezzi comprendendo una unità IMU.
- 11. Sistema robotico secondo le rivendicazioni 10 e 11, in cui detti mezzi di autolocalizzazione comprendono secondi mezzi per la determinazione di una posizione di detto robot semovente (1) rispetto ad un punto di arrivo.
- 12. Sistema robotico secondo la rivendicazione 7 e una da 10 a 12, in cui detti mezzi di auto-localizzazione comprendono dei ricevitori ultrasonici atti a cooperare con dette boe ultrasoniche in maniera da definire la posizione di detto robot semovente (1).
- 13. Sistema robotico secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun robot semovente (1) presenta una struttura all'interno della quale à ̈ posizionato un cestello scorrevole su guide, detto cestello essendo atto alla fornitura di detti beni e/o allo svolgimento di detti servizi.
- 14. Sistema robotico secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun robot semovente (1) Ã ̈ dotato di mezzi di locomozione autonoma.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ITFI2009A000096A IT1394283B1 (it) | 2009-05-07 | 2009-05-07 | Sistema robotico autonomo per l'esecuzione di task in ambienti urbani, non strutturati e/o parzialmente strutturati |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ITFI2009A000096A IT1394283B1 (it) | 2009-05-07 | 2009-05-07 | Sistema robotico autonomo per l'esecuzione di task in ambienti urbani, non strutturati e/o parzialmente strutturati |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ITFI20090096A1 true ITFI20090096A1 (it) | 2010-11-08 |
| IT1394283B1 IT1394283B1 (it) | 2012-06-06 |
Family
ID=41682567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ITFI2009A000096A IT1394283B1 (it) | 2009-05-07 | 2009-05-07 | Sistema robotico autonomo per l'esecuzione di task in ambienti urbani, non strutturati e/o parzialmente strutturati |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| IT (1) | IT1394283B1 (it) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4940925A (en) * | 1985-08-30 | 1990-07-10 | Texas Instruments Incorporated | Closed-loop navigation system for mobile robots |
| US5179329A (en) * | 1989-04-25 | 1993-01-12 | Shinko Electric Co., Ltd. | Travel control method, travel control device, and mobile robot for mobile robot systems |
| WO2001038945A1 (en) * | 1999-11-24 | 2001-05-31 | Personal Robotics, Inc. | Autonomous multi-platform robot system |
| US20070042716A1 (en) * | 2005-08-19 | 2007-02-22 | Goodall David S | Automatic radio site survey using a robot |
| US20080049217A1 (en) * | 2006-08-23 | 2008-02-28 | Bryan Cappelletti | Local positioning navigation system |
-
2009
- 2009-05-07 IT ITFI2009A000096A patent/IT1394283B1/it active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4940925A (en) * | 1985-08-30 | 1990-07-10 | Texas Instruments Incorporated | Closed-loop navigation system for mobile robots |
| US5179329A (en) * | 1989-04-25 | 1993-01-12 | Shinko Electric Co., Ltd. | Travel control method, travel control device, and mobile robot for mobile robot systems |
| WO2001038945A1 (en) * | 1999-11-24 | 2001-05-31 | Personal Robotics, Inc. | Autonomous multi-platform robot system |
| US20070042716A1 (en) * | 2005-08-19 | 2007-02-22 | Goodall David S | Automatic radio site survey using a robot |
| US20080049217A1 (en) * | 2006-08-23 | 2008-02-28 | Bryan Cappelletti | Local positioning navigation system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT1394283B1 (it) | 2012-06-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11964403B2 (en) | Automated cleaning systems for autonomous vehicles | |
| US11378952B2 (en) | Autonomous vehicle remote support mapping interface | |
| US12005826B2 (en) | Automated delivery systems for autonomous vehicles | |
| JP6235716B2 (ja) | ある環境内で無人航空機を制御する方法、及び、ある環境内で無人航空機を制御するシステム | |
| JP6487010B2 (ja) | ある環境内で無人航空機を制御する方法、ある環境のマップを生成する方法、システム、プログラムおよび通信端末 | |
| CN106323269B (zh) | 自主定位导航设备、定位导航方法及自主定位导航系统 | |
| JP6726363B2 (ja) | 生成されたインターフェースを使用する自律走行車の監視 | |
| CN104699102B (zh) | 一种无人机与智能车协同导航与侦查监控系统及方法 | |
| US20190358814A1 (en) | Robot and robot system comprising same | |
| Ferri et al. | DustCart, an autonomous robot for door-to-door garbage collection: From DustBot project to the experimentation in the small town of Peccioli | |
| JP2019537159A5 (it) | ||
| KR101421172B1 (ko) | 셔틀로봇 플랫폼을 이용한 무인운송차량 | |
| KR20180040839A (ko) | 공항 로봇 및 그를 포함하는 공항 로봇 시스템 | |
| US11774259B2 (en) | Mapping off-road entries for autonomous vehicles | |
| EP4200179A1 (en) | Holistic wayfinding | |
| CN109491392A (zh) | 一种共享避障的方法和系统 | |
| US20210403024A1 (en) | Hybrid autonomy system for autonomous and automated delivery vehicle | |
| WO2022087379A1 (en) | Sensor platform for autonomous vehicle | |
| KR20180038884A (ko) | 공항 로봇 및 그를 포함하는 공항 로봇 시스템 | |
| CN109968345A (zh) | 一种引导机器人系统 | |
| ITFI20090096A1 (it) | Sistema robotico autonomo per l'esecuzione di task in ambienti urbani, non strutturati e/o parzialmente strutturati | |
| CN221228952U (zh) | 一种自动驾驶送餐车 | |
| Gyongyosi et al. | Low cost sensing and communication system for rotor-craft | |
| Bayer et al. | Autonomous Multi-robot Exploration with Ground Vehicles in DARPA Subterranean Challenge Finals. | |
| US20240124028A1 (en) | Autonomous vehicle blind spot management |