ITUB20155578A1 - Sistema di controllo per piattaforme semoventi - Google Patents

Description

SISTEMA DI CONTROLLO PER PIATTAFORME SEMOVENTI

DESCRIZIONE

L' ambito di applicazione preferito della presente invenzione riguarda il controllo degli spostamenti di piattaforme semoventi, con particolare riferimento allo sviluppo di sistemi robotizzati adatti a deambulare in ambienti non necessariamente noti.

Uno degli aspetti più importanti nel controllo degli spostamenti di una piattaforma robotizzata (o semplicemente robot) semovente è costituito dalla gestione dei possibili urti o dei contatti che possono interessare tale robot quando questo si muove, soprattutto in un ambiente non completamente e rigidamente modellizzato nella memoria del robot stesso.

E’ questo il caso in cui una piattaforma robotizzata semovente è attivata e può muoversi liberamente, e non quindi su un percorso predeterminato (come ad esempio una rotaia o una guida), all'interno di un ambiente che può anche presentare ostacoli variabili nel tempo: ad esempio un ambiente come può essere una stanza di una abitazione, o un ufficio.

Un primo approccio tecnologico, che consente la gestione di tali situazioni, prevede che la piattaforma robotizzata semovente sia dotata di sensori capaci, in qualche modo, di “percepire” (o “vedere”) l'ambiente in cui si sta muovendo. In tal caso, attraverso l’elaborazione delle informazioni percepite mediante tali sensori, è possibile prevenire collisioni con oggetti presenti nell’ambiente circostante.

La controindicazione più importante legata a tale tecnologia riguarda la complessità delle elaborazioni, in quanto devono sostanzialmente essere effettuati dei riconoscimenti di scene di una certa complessità, che risulta tanto maggiore quanto più gli ambienti non sono noti a priori.

Sia alcuni limiti applicativi di questo approccio che alcuni fattori di complessità dipendono dalla tecnologia dei sensori. Ad esempio i sensori ad infrarossi non percepiscono correttamente la presenza di ostacoli neri, trasparenti o riflettenti, mentre i sensori ad ultrasuoni non percepiscono correttamente ostacoli molto sottili, o la cui superficie non sia perpendicolare all’onda ultrasonora. Nel caso di impiego di sensori di visione, invece, la complessità riguarda la stima delle distanze, di fatto impossibile con segnali monoscopici, e molto complessa mediante l’elaborazione di segnali stereoscopici.

In genere, poi, la sensoristica necessaria alla percezione di una scena comporta costi e consumi energetici significativi, ed inoltre richiede una notevole complessità progettuale.

La complessità delle elaborazioni richieste è ulteriormente accresciuta nel caso di gestione degli eventuali contatti che non sono determinati dal moto del robot: ad esempio il caso in cui il robot venga urtato o spinto, volontariamente o accidentalmente, da un’altra entità a sua volta in movimento.

In generale si può concludere che per gestire correttamente tutte le possibili casistiche, i sensori di percezione dovrebbero garantire una copertura omnidirezionale e fornire una notevole quantità di informazioni; e le elaborazioni richieste per sintetizzare una corretta ed affidabile interpretazione degli eventi finirebbero per risultare, conseguentemente, sempre più complicate.

Un secondo approccio tecnologico si basa invece su sensori di contatto (o di pressione), che data la loro semplicità, possono realisticamente essere disposti su tutta la superficie della piattaforma robotizzata, o su una gran parte di essa.

1 sensori di contatto, evidentemente, permettono di gestire le collisioni solo dopo che queste si sono verificate.

E’ importante quindi precisare che i due approcci tecnologici considerati sono in un certo senso complementari e una piattaforma robotizzata semovente può, in linea di principio e quando occorra, essere controllata mediante entrambe le tecnologie sopra menzionate, le quali non sono necessariamente alternative e possono coesistere nella medesima piattaforma.

Un’interessante applicazione resa possibile mediante il ricorso a sensori di contatto, ulteriore rispetto alla gestione delle collisioni, consiste nella possibilità di gestire manualmente la movimentazione di una piattaforma robotizzata semovente. Mediante i sensori di contatto è infatti possibile rilevare quando la piattaforma viene spinta, ad esempio con una mano, e pertanto è possibile avviare uno spostamento motorizzato della piattaforma robotizzata nella direzione coerente con la spinta ricevuta.

il controllo manuale delle piattaforme semoventi presenta alcuni vantaggi, in termini di prestazioni, e per alcune applicazioni in particolare, rispetto ad altre metodologie di controllo. Per maggiori approfondimenti riguardo ai vantaggi dei controlli manuali delle piattaforme robotizzate semoventi, si rimanda a: Jevtic A., Doisy g., Parmet Y., And Edan Y., “ Compar ison of Interaction Modalities for Mobile Robot Guidance: Direct Physicai Interaction, Person Following, and Direct Pointing” - IEEE Transactions on Human-Machìne Systems - 2168-22912015 IEEE.

Lo sviluppo di piattaforme robotizzate semoventi, capaci di muoversi su percorsi in generale non predefiniti ed i nf rast ru ttu rati costituisce, allo stato dell’arte, un settore ancora di avanguardia suscettibile e bisognoso di ulteriori fasi di messa a punto, prima di divenire una tecnologia sufficientemente matura ed idonea per essere proposta commercialmente, almeno su media scala.

La presente invenzione si inserisce in tale contesto di sviluppo, e si focalizza nella soluzione di problemi legati alle collisioni, ed in generale ai contatti, che una piattaforma robotizzata semovente può avere con elementi deH’ambiente esterno.

Tipicamente, le piattaforme robotizzate semoventi si muovono su ruote, che possono essere di vario tipo, avere più assi di rotazione consentiti, e presentare differenti forme (dalla classica forma a disco a forme sferiche, con differenti sistemi di vincolo e/o trasmissione del movimento). Pertanto, un primo approccio che permette di rilevare eventuali collisioni si può basare sull’analisi delle coppie resistenti osservate sulle ruote. Infatti, se una piattaforma urta contro un ostacolo, la coppia motrice che prima dell’urto era sufficiente a muovere la piattaforma, diviene insufficiente, oppure il moto subisce un rallentamento apprezzabile.

Anche eventuali spinte manuali, che venissero esercitate sulla piattaforma robotizzata, risulterebbero in una certa misura identificabili, in quanto si manifesterebbero come variazioni di coppia rilevabile sulle ruote.

E’ quindi possibile affrontare il problema della gestione del moto di una piattaforma robotizzata semovente mediante il semplice sfruttamento delle informazioni ricavabili dall’analisi delle coppie di forza osservabili sulle sue ruote.

I vantaggi di questo approccio sono evidenti dalla considerazione che, di fatto, non è richiesto il ricorso a particolari sensori: infatti il controllo del movimento deve necessariamente avvenire attraverso il controllo delle coppie motrici sulle ruote, e pertanto la gestione delle collisioni e dei contatti può avvenire attraverso un calcolo basato sull’analisi continua di informazioni che sono necessariamente, almeno in parte, disponibili per il controllo della piattaforma stessa, quali sono le coppie sulle ruote e la velocità con cui girano.

Non si approfondisce oltre tale approccio in quanto, pur essendo vantaggiosamente applicabile in svariate situazioni particolari, un suo impiego generale presenta significative controindicazioni legate al fatto che si deve basare su una modellizzazione accurata del sistema inerziale della piattaforma stessa e del terreno su cui la piattaforma si muove. Infatti una variazione di coppia motrice può essere determinata da una variazione di peso (ad esempio, la piattaforma può trasportare dei carichi variabili), oppure da una variazione di forma (ad esempio la piattaforma può avere dei bracci estensibili che determinano variazioni di bilanciamento), oppure il terreno può presentare diversi attriti o piccole pendenze non sempre adeguatamente modellizzate, e in questi ultimi casi sono possibili fraintendimenti interpretativi anche grossolani.

Per completezza, si segnala come sia possibile concepire anche metodi che non facciano ricorso a modellizzazioni particolarmente accurate. Si tratta comunque, in tali casi, di metodi in cui non è ricercata particolare precisione di manovra: metodi in cui si accetta un compromesso che privilegia la semplicità implementativa, o la robustezza, rispetto alla precisione.

Un esempio allo stato deH’arte di piattaforma semovente gestita mediante l’analisi delle coppie sulle ruote è dato dal progetto “Trikey robot” condotto presso l’Università del Texas negli Stati Uniti d’America.

Ovviamente, spinte esercitate su una piattaforma, o collisioni più o meno accidentali, possono essere rilevate mediante l’inserimento di sensori di forza o di momento applicati in altri punti della struttura della piattaforma stessa, e non solo sulle ruote, il caso di sensori di coppia sulle ruote è particolarmente interessante (e trova applicazioni note) perché la misura delle coppie sulle ruote è in pratica automaticamente disponibile per il fatto che sulle ruote viene esercitato il controllo di movimento della piattaforma. L’impiego di sensori posizionati in altri punti della struttura della piattaforma, dà luogo comunque a varianti alternative in cui la stima di una pressione esercitata sulla piattaforma viene elaborata a partire da misure puntuali fornite da alcuni sensori localizzati.

In tutti tali casi, e come detto senza addentrarci nei dettagli di questo approccio, si segnala anche come tale approccio sia poco indicato a rilevare collisioni di lieve intensità, quando la piattaforma mobile è relativamente pesante.

Per poter gestire contatti e collisioni che possono interessare una piattaforma robotizzata semovente, in modo più generale ed indipendente da modellizzazioni inerziali, modellizzazioni che sono difficili da formalizzare, complesse da usare e foriere di interpretazioni ambigue, è opportuno ricorrere a piattaforme ricoperte con sensori sensibili al contatto.

Esistono tecnologie abbastanza consolidate ed affidabili, che permettono di realizzare delle coperture sottili, e che sono sensibili al contatto. Nel contesto delle tecnologie per la robotica, ci si riferisce comunemente a tali coperture con il termine anglofono “skin” (letteralmente “pelle”), appunto per indicare delle coperture sottili che restituiscono un segnale in funzione del contatto. Idealmente infatti si può assumere che la pelle sia la sede del senso del tatto: per cui, nel contesto della robotica, con il termine “skin” si intende un sistema di sensori tattili.

Come detto, esistono diverse tecnologie con cui è possibile realizzare una “skin”, e possono essere in prima approssimazione suddivise in due famiglie: le “skin” booleane, e le “skin" analogiche.

Le “skin” booleane restituiscono un segnale a due valori, rappresentativi del fatto che vi sia o meno un contatto. Tali “skin” booleane sono spesso organizzate con una struttura a matrice, per cui, è possibile, oltre che rilevare un contatto, anche determinare la zona ove tale contatto è avvenuto.

La domanda di brevetto US 2015/0073598 A1 , Rosenstein et al., dal titolo “Mobile Human Interface Robot” descrive appunto una piattaforma robotizzata denominata anche iRobot (in altre pubblicazioni) coperta con una “skin” booleana (che fornisce un cosi detto “touch input”) con la quale è implementata un’interfaccia tattile che permette di muovere detta piattaforma robotizzata, semplicemente toccandola, e che supporta procedure di gestione di eventuali urti in cui tale piattaforma dovesse incorrere durante il proprio moto.

La piattaforma iRobot è quindi sensibile al fatto di subire un tocco, per cui è facilmente implementabile una procedura che arresta automaticamente il moto quando subisce un tocco dal lato orientato dalla parte dell’avanzamento; cosi come è altrettanto semplice implementare una procedura che, quando la piattaforma iRobot è ferma e viene toccata, avvia un moto nella direzione verso cui spinge il citato tocco.

Il sistema non effettua una misura della pressione o della forza impressa per mezzo dei tocchi che vengono rilevati.

Oltre all’applicazione di arresto del moto in occasione di urti, un’applicazione importante implementata nella piattaforma iRobot prevede che il controllo manuale della movimentazione della piattaforma venga realizzato con una sorta di aiuto motorizzato alla movimentazione della piattaforma stessa, infatti, la coppia motrice generata alla rilevazione di una spinta può essere dimensionata per essere insufficiente, anche se di poco, per muovere la piattaforma; in questo modo, per muoversi, la piattaforma necessita del contributo della spinta: e proprio l’intensità della spinta, aggiunta alla coppia motrice generata automaticamente, serve a regolare la velocità dello spostamento.

Si intuisce la significativa utilità di tale applicazione che permette, ad esempio, di movimentare carrelli molto pesanti con spinte leggere, essendo infatti il lavoro di fatica svolto in gran parte dalla coppia motrice generata automaticamente. Al contempo un tale carrello, anche molto pesante, potrebbe essere preservato da subire o causare grossi danni a causa di urti accidentali, potendo implementare contestualmente (come accennato in precedenza) anche una procedura prioritaria di arresto in caso di urto. Va tuttavia precisato come l’intervento possa avvenire solo ad urto avvenuto, e quindi la limitazione dei danni può non risultare sempre sufficiente.

In generale, si può concludere che le cosi dette “skin” booleane rappresentano una tecnologia utile per alcune applicazioni che non richiedono particolare precisione nella movimentazione e possono gestire, pur con procedure distinte, sia il controllo della movimentazione che alcune contromisure nei casi di collisione.

Le “skin” analogiche, a differenza di quelle booleane, permettono di ricavare una stima della pressione con cui viene esercitato un contatto, offrendo una variabile di controllo aggiuntiva che può assumere un valore continuo in un certo intervallo.

Costituiscono anch’esse una tecnologia idonea per Γ implementazione di procedure sia di gestione delle collisioni, e sia di movimentazione manuale assistita. Infatti esse consentono di implementare tutto ciò che è implementabile con “skin” booleane ma, essendo in grado di fornire un’informazione ben più ricca della pura rilevazione della presenza o meno di un contatto, possono essere sfruttate per migliorare le prestazioni, in termini di efficacia e precisione, che sono raggiungibili con le “skin” booleane.

Dette “skin” analogiche sono disponibili in varie tipologie e possono essere realizzate con tecnologie già abbastanza mature ed affidabili. In una loro tipologia tipica, sono costituite da materiali conduttori o semi-conduttori lavorati in strisce di spessore molto sottili e che presentano una resistenza variabile in funzione della pressione che viene esercitata su di essi. Trovano già applicazione nel campo della robotica, ma soprattutto nell’ambito dei bracci meccanici vincolati, cioè in contesti in cui i movimenti e le traiettorie possibili sono limitati da vincoli ben precisi. Altre applicazioni note hanno luogo neH’ambito della manipolazione meccanica di oggetti in cui sia importante regolare la pressione di una presa (ad. es. nelle mani artificiali, o pinze, di robot industriali). Non risultano invece note applicazioni in piattaforme robotizzate semoventi in cui il loro impiego sia finalizzato al controllo della deambulazione. In particolare, nelle applicazioni note la pressione rilevata non viene impiegata come variabile di ingresso per determinare il tipo di moto che deve essere attuato. Non è infatti immediato e semplice individuare un protocollo di comandi che si basi sul segnale di pressione per controllare la corretta, precisa e sicura deambulazione di una piattaforma robotizzata semovente in un ambiente generico. Infatti, uno degli obiettivi di ogni interfaccia uomo-macchina (HM1 - Human Machine Interface), è quello di permettere ad una persona di impartire comandi in modo naturale e spontaneo. La macchina deve quindi essere dotata di una capacità interpretativa di una ampia gamma di interazioni spontanee ed intuitive che possono essere generate da un operatore umano.

A questo punto è anche utile tener presente come le tecnologie più diffuse, con cui sono realizzate le più comuni “skin” sensibili alla pressione, permettano ottime precisioni per pressioni molto basse, mentre discriminano più grossolanamente le pressioni maggiori. Questa caratteristica di sensibilità è sia un fattore di criticità che una caratteristica che permette di concepire un metodo di gestione (sia di comandi manuali che di collisioni) molto accurato. E’ un fattore di criticità in quanto sia le collisioni che le spinte manuali che possono essere esercitate da un operatore umano possono risultare eccessivamente energiche e, soprattutto, si manifestano come una funzione discontinua “a gradino” in cui il passaggio da assenza di pressione a pressione significativa avviene quasi istantaneamente. Si può infatti assumere che quando una persona tocca un oggetto, il passaggio di stato da “non contatto” a “contatto presente” (o viceversa) sia un passaggio quasi istantaneo. La notevole sensibilità a pressioni lievi costituisce tuttavia anche un fattore utile aN’implementazione di un controllo di precisione, in quanto è associata alla possibilità di discriminare anche piccole variazioni di pressione.

Pertanto lo scopo fondamentale della presente invenzione è quello di concepire una nuova piattaforma robotizzata semovente la cui deambulazione possa essere controllata con adeguata precisione, trasformando comandi manuali d’utente, in comandi di controllo del moto generati automaticamente. E detti comandi manuali d’utente possono essere impartiti in modo semplice e intuitivo esercitando delle pressioni di intensità anche lieve, ma allo stesso tempo compatibile con la sensibilità umana, sui lati di tale piattaforma.

Altro scopo della presente invenzione è quello di concepire un protocollo, anch’esso intuitivo, che consenta di comandare manualmente, con il semplice esercizio di piccole pressioni, la deambulazione di una piattaforma robotizzata semovente, e tale controllo deve poter essere il più possibile preciso in termini di velocità e traiettoria, essendo possibili movimenti sia rettilinei che curvi, e finanche di pura rotazione.

Ancora, altro scopo della presente invenzione è quello di concepire una piattaforma robotizzata semovente in cui il medesimo sistema di sensori e di attuatori impiegato per il controllo della deambulazione costituisca contemporaneamente anche un sistema sfruttabile per la gestione efficace delle possibili collisioni con elementi esterni.

infine ulteriore scopo della presente invenzione è quello di concepire una piattaforma robotizzata semovente in cui le regole di controllo e di calibrazione del sistema siano il più possibile semplici ed affidabili.

Gli scopi prefissati per questa invenzione sono raggiunti mediante una piattaforma robotizzata semovente ricoperta sulle sue facce laterali da una copertura che funge da sensore di pressione, e detta copertura che funge da sensore di pressione è costituita da uno o più strati che implementano almeno le seguenti funzioni:

1. costituire, almeno in parte, uno o più componenti elettrici, collegati in un circuito, la cui caratterizzazione elettrica varia a seconda della pressione con cui detta copertura viene schiacciata; e tale variazione delle caratterizzazione elettrica è continua almeno in un intervallo di pressioni di schiacciamento che possono essere applicate;

2. costituire, almeno su una parte della superfice esterna di detta piattaforma robotizzata semovente, uno strato ammortizzante di materiale deformabile in modo non permanente;

e detta piattaforma robotizzata semovente, comprende anche un controllore automatico, che ne controlla le traiettorie del suo moto imponendo delle velocità istantanee calcolate in funzione delle pressioni istantanee rilevate mediante detta copertura che funge da sensore di pressione.

Il vantaggio principale della presente invenzione è dato dal fatto che una piattaforma robotizzata semovente realizzata secondo gli insegnamenti della presente invenzione, soddisfa gli scopi principali per cui è stata concepita.

Tale invenzione presenta anche ulteriori vantaggi che saranno resi maggiormente evidenti dalla seguente descrizione che ne evidenzia ulteriori dettagli, dalle rivendicazioni allegate che costituiscono parte integrante della descrizione stessa e dall’illustrazione di alcuni esempi di realizzazione pratica descritti, a titolo non limitativo, nel seguito e nei disegni allegati in cui:

Figura 1 mostra una piattaforma robotizzata semovente con alcuni elementi caratterizzanti la presente invenzione.

Figura 2 mostra alcuni esempi di traiettorie di movimento che sono conseguenza di particolari spinte manuali.

Figura 3 mostra un particolare in sezione di una “skin" di copertura della piattaforma robotizzata semovente secondo l’invenzione.

Figura 4 mostra un esempio di traiettoria di movimento che è conseguenza di un’azione manuale in cui la piattaforma robotizzata semovente viene tirata anziché spinta.

Figura 1 offre una vista d’insieme di una piattaforma robotizzata semovente la cui forma è costituita grossomodo da un parallelepipedo con quattro pareti verticali laterali.

Ovviamente sono possibili forme di ogni tipo, tuttavia la piattaforma a forma di parallelepipedo, oltre a consentire l’illustrazione chiara dei principi inventivi della presente invenzione, costituisce anche una delle forme preferite in quanto può essere comodamente usata per alloggiare tutti i componenti necessari al funzionamento della piattaforma stessa e anche come carrello per il trasporto di carichi utili. Inoltre può anche essere adatta per ospitare l'integrazione di opportuni meccanismi funzionali a diverse applicazioni.

Con il numero 100 è quindi indicata, nel suo complesso, la piattaforma robotizzata semovente secondo gli insegnamenti della presente invenzione.

Tuttavia la rappresentazione offerta in Figura 1 è essenziale e parziale; e in essa sono evidenziati solo pochi elementi costituenti, che sono utili ad illustrare alcune importanti caratteristiche di detta piattaforma robotizzata semovente 100 secondo l’invenzione.

Con il numero 101 è quindi rappresentata una ruota, ad indicare un possibile mezzo di attuazione della deambulazione della piattaforma 100, e con il numero 102 è indicato un generico carico della piattaforma 100 che, come detto, può essere un mero carico da trasportare come anche un dispositivo, ad esempio antropomorfo, che può essere parte integrante della piattaforma stessa, ed atto a svolgere una particolare funzione.

infine con il numero 110 sono indicate delle pellicole tattili che coprono tutte le pareti laterali della piattaforma 100. Dette pellicole tattili 110 nell’esempio di Figura 1 assumono la forma di strisce, per cui nel seguito di questa descrizione si farà spesso riferimento ad esse anche con la locuzione di “strisce tattili”. Dette strisce tattili 110 costituiscono i sensori elementari di pressione che, a loro volta, costituiscono una parte essenziale del sistema di rilevamento della pressione, ossia la cosi detta “skin” tattile della piattaforma 100.

Come già detto in precedenza, dette strisce tattili 110 costituiscono una tecnologia nota e possono essere realizzate con materiali conduttori o semiconduttori la cui resistenza è variabile a seconda della pressione di schiacciamento che viene su di essi esercitata. Si sottolinea comunque che l'impiego strisce tattili 110 basate sull’impiego di materiali la cui resistenza varia al variare della pressione a cui sono sottoposti è solo una delle possibili scelte per realizzare dei sensori di pressione. In linea teorica possono essere usati anche altri materiali, infatti una pressione applicata su un materiale può modificare anche altri parametri, come ad esempio una componente capacitiva o, più in generale, la caratterizzazione elettrica complessiva di un componente che, quando inserito in un circuito alimentato, può determinare effetti misurabili dai quali può essere stimata la pressione su di esso esercitata.

In altre forme di realizzazione della presente invenzione, tali sensori di pressione possono anche essere dei sistemi di maggiore complessità di quanto non sia un particolare materiale che varia il proprio comportamento elettrico in funzione della pressione cui è sottoposto. Detti sensori di pressione, possono essere, ad esempio dei veri e propri circuiti che sfruttano anche caratteristiche non strettamente elettriche di certi materiali (ad esempio caratteristiche di comportamento ottico), e tali circuiti possono integrare al loro interno dei sottosistemi di misura e/o altri componenti circuitali.

Tuttavia, ai fini della descrizione della presente invenzione, tali sensori di pressione possono essere modellizzati, ad alto livello, come dei componenti di un circuito elettrico con una caratterizzazione elettrica dipendente dalla pressione: intendendo con ciò che può essere su di essi effettuata una misura di una grandezza elettrica, gestibile in modo informatico (es. livelli di tensione, o di corrente, sia continui che discreti o misure di frequenza, ecc..), dipendente dalla pressione cui sono sottoposti.

Ritornando comunque al caso preso ad esempio, in cui le strisce tattili 110 sono composte da materiale a resistenza variabile, il funzionamento del sistema di sensori tattile funziona quando dette strisce tattili 110 sono tutte collegate in modo da formare un circuito elettrico percorso da corrente, in cui siano inseriti elementi di misura in grado di rilevare, selettivamente, variazioni di resistenza in ciascuna delle varie strisce tattili 110 che coprono sostanzialmente per intero i lati della piattaforma robotizzata semovente 100.

Pertanto, pur non evidenziati in Figura 1, detta piattaforma robotizzata semovente 100 deve anche comprendere motori ed eventuali mezzi di trasmissione per muovere le ruote, mezzi di alimentazione elettrica, componenti di misura di grandezze elettriche ed almeno una unità di calcolo per la lettura dei dati e per il controllo della piattaforma 100 nel suo complesso. Detta unità di calcolo deve pertanto essere idonea a generare comandi di controllo da trasmettere, direttamente o indirettamente, alle ruote della piattaforma robotizzata 100. Le ruote infatti possono essere messe in moto da un motore direttamente controllabile da detta unità di calcolo, compresa in detta piattaforma robotizzata semovente 100, oppure possono essere associate ad uno specifico controllore comandabile con opportuni comandi digitali, sempre generati da detta unità di calcolo.

Si osserva per completezza che l’attuazione del movimento di una piattaforma robotizzata semovente 100, attraverso un controllo esercitato sulle ruote, può essere concepita mediante un’ampia varietà di combinazioni tra ruote motrici, ruote sterzanti e ruote libere (ovviamente con diverse precisioni di controllo): dal caso più semplice in cui vi sia una sola ruota motrice, al caso più completo in cui tutte le ruote sono motrici e sterzanti.

Il fatto che le strisce tattili 110 dell’esempio illustrato in Figura 1 siano verticali, e che la loro lunghezza corrisponda approssimativamente all’intera altezza della piattaforma robotizzata semovente 100, indica che esse sono in grado di discriminare in quale punto del perimetro venga esercitata una pressione, ma non possono determinarne l’altezza.

E’ chiaro che è possibile comporre una copertura della superficie esterna di detta piattaforma robotizzata semovente 100 anche con altre disposizioni e forme delle strisce tattili 110, in modo da discriminare più dettagliatamente i punti dove viene rilevata una pressione. Anche in presenza di tali configurazioni, ed a maggior ragione nel caso di maggior precisione nel rilievo dei punti di pressione, i principi inventivi che caratterizzano la piattaforma 100 nel suo complesso si applicano e rimangono validi.

Va comunque detto che, muovendosi la piattaforma su una superficie che in genere è approssimativamente piana, la configurazione dei sensori di pressione disposti come in Figura 1 può costituire una configurazione realistica ed efficace per conseguire con semplicità gli scopi prefissati.

In Figura 2 sono presentati tre esempi di movimento conseguente all’esercizio di pressioni di spinta.

In tutti e tre gli esempi [Figura 2 a), Figura 2 b) e Figura 2 c)] è presentata una vista dall’alto della piattaforma robotizzata semovente 100, la cui pianta è approssimativamente quadrata. Detta piattaforma 100 è rappresentata in modo essenziale, e runico elemento raffigurato è costituito dalle ruote, anch’esse viste dall’alto ed indicate, come in Figura 1 , con il numero 101.

Anche negli esempi di Figura 2 si ipotizza che le strisce tattili 110 siano disposte in senso verticale, che siano affiancate, e che la loro lunghezza corrisponda all’altezza delle facce laterali della piattaforma robotizzata semovente 100. Si ipotizza poi anche che detta piattaforma 100 si possa muovere su un piano, per cui, ai fini del movimento, è certamente più importante determinate la posizione orizzontale del punto di spinta, piuttosto che la sua posizione in altezza.

In Figura 2 a) con il numero 121 è indicata una mano che spinge detta piattaforma robotizzata semovente 100 in un punto centrale di una delle quattro facce laterali. Il numero 121 indica pertanto anche una pressione, definita in intensità e zona di applicazione.

In tale caso, il sistema di sensori tattili rileva la pressione 121. Quest’ultima, se la piattaforma fosse leggerissima, determinerebbe un moto approssimativamente rettilineo nella direzione di spinta.

Detta pressione 121 , rilevata dal sistema dei sensori tattili, può quindi essere intuitivamente interpretata come un comando di attivazione di un moto rettilineo, in cui accelerazione e velocità sono calcolate istante per istante in funzione della pressione applicata. Il numero 131 indica una freccia rappresentativa del moto rettilineo che viene messo in atto, ad esempio, attraverso le ruote motrici 101.

Il calcolo del moto 131 può essere effettuato in vari modi. Un modo che certamente può risultare molto intuitivo è quello del modello della “scatola vuota”. Applicando tale modello della “scatola vuota”, il calcolo si riduce a simulare il moto che avrebbe luogo se una pressione uguale a quella misurata venisse applicata ad una scatola vuota, cioè leggerissima, delle stesse dimensioni della piattaforma robotizzata semovente 100.

Determinata in questo modo la velocità, mediante un controllo automatico possono essere impresse alle ruote motrici le coppie motrici opportune affinché la velocità istantanea della piattaforma robotizzata semovente 100 corrisponda alla velocità istantanea calcolata con il modello della “scatola vuota”.

Una leggera spinta impressa al centro di una faccia della piattaforma robotizzata semovente 100 come quella rappresentata negli esempi delle Figure 1 e 2, costituisce quindi un comando particolarmente intuitivo per determinare un moto rettilineo nella direzione e nel verso della spinta.

Si può a questo punto desumere come impartire, attraverso una leggera pressione, altri comandi manuali, anch’essi intuitivi, per determinare dei moti curvilinei. Infatti, continuando ad immaginare una “scatola vuota”, imprimendo una pressione, cioè una spinta, non più al centro di una faccia, ma in un punto spostato verso un bordo di tale faccia, il moto risultante, nel caso di una “scatola vuota” sarà un moto curvo che tenderà anche a far ruotare tale ipotetica “scatola vuota".

Tale caso è rappresentato nell’esempio di Figura 2 b), in cui con il numero 122 è raffigurata una pressione esercitata in un punto evidentemente decentrato di una faccia laterale della piattaforma 100. Come nel caso dell’esempio di Figura 2 a), la pressione 122 può essere misurata, ed il modello della “scatola vuota” può ancora una volta essere applicato per determinate il moto risultante se una pressione uguale a quella misurata venisse esercitata su una “scatola vuota”. Tale moto risultante è indicato in Figura 2 b) con la freccia curva indicata con il numero 132; e detto moto 132 può essere impresso alla piattaforma robotizzata semovente 100, mediante il controllo delle ruote motrici 101 , come nel caso del moto 131 in Figura 2 a).

Risulta così chiaro come una piattaforma robotizzata semovente 100 può essere manovrata manualmente, facendole percorrere percorsi di traiettoria varia, esercitando piccole pressioni ora al centro delle facce laterali, ora in punti più decentrati. Esercitando pressioni leggerissime è poi possibile muovere la piattaforma 100 molto lentamente curando la precisione dello spostamento; mentre aumentando la pressione si possono imprimere eventuali accelerazioni.

Non si approfondisce oltre la questione di come avvenga il calcolo delle velocità e delle accelerazioni da imprimere alla piattaforma 100 in funzione delle pressioni esercitate, in quanto è evidente che possono essere adottate molteplici strategie, il modello della “scatola vuota”, cui precedentemente si è fatto cenno, è molto intuitivo, e può essere adottato anche solo parzialmente, ad esempio limitatamente ad un predeterminato intervallo di pressioni. L’utilizzo parziale del modello della “scatola vuota”, infatti, è funzionale all'inserimento di soglie sulle velocità o sulle accelerazioni massime che sono permesse alla piattaforma, in generale si può quindi già sintetizzare un importante concetto: ossia che, disponendo di un’informazione sull’entità delle pressioni esercitate manualmente su una piattaforma robotizzata semovente 100, è possibile concepire delle formule per calcolare dei comandi di movimentazione di detta piattaforma 100 che possano risultare intuitivi per l’operatore che esercita tali comandi, e allo stesso tempo possono tener conto e gestire anche altri requisiti specifici dell’applicazione, ad esempio per aumentarne la sicurezza.

In Figura 2 c) è infine rappresentato un ulteriore esempio di moto. Con il numero 123 sono indicate due pressioni, cioè due spinte, esercitate in sensi opposti, ma disassate. Tali pressioni se esercitate su una “scatola vuota” determinerebbero una rotazione di questultima. Tale moto di rotazione è rappresentato in Figura 2 c) dalla freccia circolare indicata con il numero 133. Di conseguenza, analogamente a quanto illustrato nei casi precedenti di Figura 2 a) e di Figura 2 b), il comando costituito dall’esercizio di due leggere pressioni in opportuni punti, per generare una coppia di forze, è un comando intuitivo per imprimere alla piattaforma robotizzata semovente 100 un moto di rotazione.

Gli esempi rappresentati in Figura 2 sono tutti esempi in cui l'obiettivo era la movimentazione della piattaforma 100; e tali esempi hanno permesso di illustrare come sia possibile definire un protocollo di comandi intuitivi per comandare con assoluta generalità il moto di una piattaforma robotizzata semovente 100, e ricoperta in tutte le sue facce laterali con una “skin" tattile.

Si precisa a questo punto come la modellizzazione della così detta “scatola vuota” non va necessariamente intesa come una modellizzazione necessaria alla definizione dei comandi di controllo manuale. Piuttosto si tratta di una modellizzazione a cui ispirarsi per concepire un sistema di comandi d’utente manuali ed intuitivi per la movimentazione di una piattaforma robotizzata semovente.

In definitiva, la piattaforma robotizzata semovente 100 secondo gli insegnamenti della presente invenzione può essere fisicamente movimentata mediante la generazione di comandi di controllo automatici che determinano direzioni di movimento e rotazioni “compatibili” con i comandi manuali esercitati da un operatore: intendendo con ciò che tali direzioni di movimento e rotazioni sono quelle che l’operatore si può intuitivamente aspettare per aver esercitato delle spinte in determinati punti della superfice esterna della piattaforma 100.

Preservato il carattere intuitivo dei comandi, è certamente possibile, ed in un certo senso raccomandabile, prevedere la messa a punto delle funzioni che sovrintendono al calcolo dei comandi di controllo della movimentazione in funzione delle pressioni applicate, mediante processi di calibrazione, che possono essere anche empirici.

Detto del problema del controllo manuale della movimentazione, si osserva che il sistema così descritto costituisce una piattaforma in cui risulta automaticamente implementata anche una gestione delle collisioni. Infatti, in occasione di una collisione (o urto), la “skin" della piattaforma robotizzata semovente 100 rileva necessariamente l’insorgere di una pressione in un punto della sua superficie. Per effetto di detta pressione generata dall’urto, la piattaforma robotizzata semovente si muoverà opponendosi al movimento che ha determinato l’urto stesso; e conseguentemente la piattaforma 100 si allontanerà dall’ostacolo urtato. Appena staccatasi dall’ostacolo, non rileverà più alcuna pressione, e quindi si fermerà.

il processo appena descritto, pertanto, sembrerebbe costituire già un procedimento atto alla gestione delle collisioni, basterebbe infatti solamente stabilire che i comandi generati per effetto di pressioni sulla “skin" della piattaforma 100 hanno la priorità su tutti gli altri comandi; infatti la piattaforma 100 è in genere controllabile anche con altri comandi non manuali, ad esempio può essere telecomandata.

La gestione degli urti appena descritta, tuttavia, presenta alcune controindicazioni evidenti. Infatti, se l’urto è anche solo un po’ violento, la pressione prodotta dairurto è elevata e conseguentemente la velocità con cui la piattaforma 100 viene respinta risulta anch’essa elevata. Ma poi, appena distaccatasi dall’ostacolo urtato, la piattaforma si arresta, ancora una volta piuttosto bruscamente per la totale assenza di pressione. Per evitare tali comportamenti troppo bruschi possono essere adottate varie strategie. L’accorgimento adottato secondo gli insegnamenti della presente invenzione è illustrato in Figura 3.

In Figura 3 è proposta una vista in sezione laterale di un particolare di una piattaforma robotizzata semovente 100 secondo gli insegnamenti della presente invenzione. Come nelle figure precedenti, con il numero 100 è indicata la piattaforma nel suo complesso e con il numero 101 una ruota della stessa.

La vista di Figura 3 evidenzia una striscia tattile 110, vista in questo caso nel suo spessore, mentre con il numero 210 è indicata una copertura ammortizzante, anche questa vista nel suo spessore. E detta copertura ammortizzante 210 copre tutti i lati della piattaforma 100, coprendo anche tutte le strisce tattili 110.

Detta copertura ammortizzante 210 può essere realizzata con dei materiali soffici, come ad esempio la gommapiuma o particolari schiume viscoelastiche (chiamate anche “memory foam”), ed è caratterizzata da un coefficiente elastico “k”, indicato in Figura 3 con il numero 211 .

Se il coefficiente elastico “k” della copertura ammortizzante 210 è abbastanza basso, in occasione di un urto, detta copertura ammortizzante 210 si schiaccia opponendo poca resistenza, e trasferendo sulla striscia tattile 110 una pressione inizialmente molto lieve, sufficiente però a generare istantaneamente un comando di moto della piattaforma 100 contrario al moto di collisione.

A differenza del moto che verrebbe generato per effetto di un urto non ammortizzato, tale moto di allontanamento non sarà scattoso. Inoltre nella fase di allontanamento, la copertura ammortizzante 210 deve riprendere la sua forma iniziale di riposo, e fintanto che tale posizione non è raggiunta, essa continua ad esercitare una pressione, sia pure calante, sulla striscia tattile 110, e pertanto anche la velocità di allontanamento calerà gradualmente fino al definitivo distacco della piattaforma 100 dall’ostacolo urtato.

Risulta pertanto evidente la grande utilità data dalla presenza di detta copertura ammortizzante 210 in occasione delle collisioni: essa quindi costituisce una caratteristica importante per il buon funzionamento del sistema di controllo del movimento delle piattaforme robotizzate semoventi 100 secondo gli insegnamenti della presente invenzione.

Detta copertura ammortizzante 210 è di grande beneficio non solo in occasione della gestione delle collisioni, bensì è utile anche in occasione delle operazioni di controllo manuale della piattaforma. Infatti la sensibilità manuale tipica della maggior parte delle persone non è sufficiente per effettuare controlli molto precisi. Può infatti capitare che, nel momento di contatto, una spinta manuale possa imprimere una pressione improvvisa e di entità tale da determinare uno scatto repentino in avanti della piattaforma 100, e se tale scatto determinasse una perdita di contatto la piattaforma si arresterebbe bruscamente, per poi magari ripartire, qualora con la mano venisse ripristinato un contatto, e così via producendo un avvio del moto molto irregolare.

Si dovrebbe quindi scegliere un compromesso ponendo soglie di attivazione del moto a pressioni relativamente alte, ma considerando il fatto che le strisce tattili 110 sono in genere molto sensibili (e quindi precise) a pressioni leggere, si dovrebbe rinunciare alla possibilità di avere un controllo preciso del moto.

Del resto, se si tenessero soglie di attivazione del moto molto basse, per sfruttare al meglio la dinamica di sensibilità delle strisce tattili 110, il comando manuale della piattaforma sarebbe consentito solo a soggetti dalla mano estremamente leggera: ed è quindi evidente che questo vincolo costituirebbe un limite inaccettabile all’ usabilità del sistema.

Anche il possibile ricorso ad ipotetici sensori tattili sensibili a pressioni più alte, avrebbe delle controindicazioni, in quanto verrebbero gestiti gli urti solo quando l’impatto si è manifestato energicamente.

La presenza della copertura ammortizzante 210 è quindi essenziale anche per conseguire la precisione del controllo manuale senza limitarlo alle sole persone capaci di agire con mano leggerissima. Infatti, un tocco manuale, filtrato, dalla copertura ammortizzante 210, produce sempre una pressione leggera sulle strisce tattili 110 non appena la mano, o l’oggetto con cui si imprime la spinta, viene a contatto con la superficie esterna della copertura ammortizzante 210. Tale pressione leggera avvia lentamente il moto nella direzione voluta senza procurare un distacco indesiderato tra la mano (o l’oggetto con cui si imprime la spinta) e la piattaforma 100 che si vuole manovrare, e dà il tempo al soggetto che sta effettuando il controllo manuale di regolare la pressione con cui intende spingere.

Un ulteriore beneficio determinato dalla presenza di detta copertura ammortizzante 210 è dato dal fatto che produce un effetto di distribuzione in una superficie più ampia delle pressioni esercitate. Per cui, se dal lato esterno la pressione è esercitata in una zona molto ridotta, ad esempio se la spinta è effettuata con un oggetto a punta, la pressione trasferita alle strisce tattili 110 risulta esercitata in un’area più ampia.

Pur senza addentrarci nella tecnologia e nel funzionamento delle strisce tattili 110, che ai fini della presente invenzione devono essere considerate alla stregua di una tecnologia nota e sufficientemente matura, è importante ricordare che la precisione, come sensore di pressione, di una striscia tattile 110 in genere migliora nel caso in cui la pressione risulti più distribuita.

In ogni caso, l’interpretazione del segnale di uscita del sistema di sensori tattili che costituiscono parte essenziale della “skin” della piattaforma robotizzata semovente 100, deve essere calibrata nelle condizioni di montaggio finali, quindi con la copertura ammortizzante 210 già applicata. E la presenza di detta copertura ammortizzante 210 facilita anche il processo di calibrazione riducendo la quantità di forme di oggetti con cui esercitare le spinte. Al limite, e prevedendo di curare particolarmente la calibrazione delle pressioni relativamente leggere, si può usare un solo oggetto di contatto per l’effettuazione delle spinte (magari con una forma riconducibile alla spinta effettuata con una mano).

Va precisato, a proposito della fase di calibrazione, che detta copertura ammortizzante 210, può produrre anche degli effetti non utili quando il controllo non avviene manualmente, infatti, improvvise accelerazioni e decelerazioni (ad esempio impartite con telecomando) determinano che, per inerzia, detta copertura ammortizzante 210 eserciti lievi pressioni sulle sottostanti strisce tattili 110: tali pressioni, non prodotte da spinte o urti, non devono essere considerate ai fini del controllo del movimento, e pertanto deve essere stabilita, in fase di calibrazione, una soglia di pressione minima di attivazione. Tale soglia di pressione minima di attivazione è tanto più bassa quanto meglio è applicata detta copertura ammortizzante 210, e se mantenuta abbastanza bassa può ragionevolmente essere considerata utile, in quanto consente di evitare la generazione di movimento anche quando la piattaforma viene solo sfiorata.

il sistema di controllo del movimento sin qui descritto funziona correttamente e soddisfa gli scopi per cui è stato concepito senza la necessità che l’elaborazione dei dati sensoriali di pressione debba sintetizzare esplicitamente un’informazione che indichi se una pressione è determinata da una collisione accidentale o da una spinta volontaria. Si presta pertanto all’ implementazione di piattaforme robotizzate semoventi anche estremamente semplici, laddove la semplicità è certamente un pregio a fronte delfottenimento di prestazioni soddisfacenti.

Tuttavia il sistema di controllo come sin qui descritto dispone di dati per effettuare elaborazioni anche più elaborate che consentono di aumentare le prestazioni sia nel controllo della deambulazione che nel controllo delle collisioni. In particolare è possibile prevedere che i comandi di controllo calcolati dall’unità di calcolo, oltre che dipendere dalle pressioni istantanee rilevate, dipendano anche dallo stato di moto della piattaforma stessa.

Infatti, una pressione che insorge dal lato opposto al moto, genera una frenata, ed in tal caso possono essere ammesse, sia in sede di progetto che in sede di calibrazione, decelerazioni massime abbastanza alte: ciò allo scopo di consentire anche frenate brusche per limitare i danni da collisione. Nel caso di una pressione che avvia un moto, invece, si possono imporre limiti più bassi nell’accelerazione ammessa, in modo da avere sempre partenze più dolci, anche in caso di spinte un po’ brusche che potrebbero essere esercitate involontariamente.

E’ chiaro, in definitiva, che le funzioni che legano la dipendenza dei comandi di attuazione del moto allo stato di moto della piattaforma 100 possono dipendere significativamente dal contesto di applicazione; e la disponibilità di una piattaforma robotizzata semovente 100, concepita secondo gli insegnamenti della presente invenzione, si adatta ottimamente ad una messa a punto molto flessibile delle funzioni di attuazione del moto: messa a punto che può avvenire sia in sede di affinamento progettuale che in sede di calibrazione.

Un’ulteriore precisazione riguarda la scelta implementativa della copertura che funge da sensore di pressione. L’implementazione indicata in Figura 3 è basata su due strati sovrapposti: il primo, molto sottile, che implementa la funzione di sensore di pressione, il secondo più spesso, che implementa la funzione ammortizzante. La scelta del doppio strato è dettata dalle prestazioni, anche in termini di qualità e di costo, delle tecnologie che al momento sono più convenienti ed efficaci.

Non si esclude però che entrambe le funzioni possano essere in futuro offerte, con maggiore qualità ed a costi competitivi, anche con materiali diversi che possano implementare entrambe le funzioni (sensoriale ed ammortizzante) in modo integrato.

Ad esempio, sono noti materiali piezoelettrici o piezoresistivi con cui è possibile realizzare sensori di pressione, e tali materiali sono anche sufficientemente deformabili in modo da poter essere realizzati con spessori idonei ad implementare anche la funzione ammortizzante. Al momento tali materiali risultano ancora un po’ troppo duri, e non hanno ancora adeguate sensibilità nell'intervallo di pressioni di interesse nell’applicazione della presente invenzione, ed anche i costi non sono competitivi rispetto alla implementazione con il doppio strato. Non è detto, tuttavia, che in futuro l’evoluzione tecnologica non riesca a proporre materiali con caratteristiche idonee a realizzare la copertura che funge da sensore di pressione mediante l’impiego di un unico strato realizzato con un materiale con prestazioni (in termini di qualità e costo) migliori di quelle attualmente disponibili. Sarà allora possibile ricorrere ad una soluzione implementativa basata su una copertura a strato singolo senza per questo uscire dai concetti inventivi sviluppati nella presente invenzione.

In Figura 4 è rappresentato un particolare tipo di contatto che può aver luogo quando una persona intenda spostare la piattaforma robotizzata semovente 100 in modo intuitivo tirandola (anziché spingendola). Al solito, come anche in tutte le altre figure, con il numero 100 è indicata la piattaforma nel suo complesso, e con il numero 101 una ruota di detta piattaforma.

Con il numero 124 sono invece indicate due mani che stanno esercitando un tipo di contatto diverso da quelli sinora considerati. Quello indicato con il numero 124 è quindi un tipo di contatto che una persona può esercitare sulla piattaforma 100 quando voglia, in modo intuitivo e naturale tirarla verso di sé. Con il numero 131 è indicata una freccia rappresentativa di un moto rettilineo.

A differenza del moto rettilineo 131 esemplificato in Figura 2 a), in cui questo era determinato da una spinta, nel caso di Figura 4 l’operatore si aspetta che tale moto sostanzialmente rettilineo 131 abbia luogo per effetto di una trazione esercitata attraverso una presa.

Il caso di Figura 4 è rappresentativo di un insieme di casi in cui sulla piattaforma 100 siano esercitati dei contatti multipli. In generale, e potendo valutare sia la zona in cui ha luogo il contatto, e sia l’intensità da quest’ultimo esercitata, una prima semplice elaborazione consiste nel calcolare la risultante delle forze esercitate. Il caso, già precedentemente illustrato, di Figura 2 c) rappresenta l’applicazione di due contatti, indicati con le spinte 123, che generano una coppia che pone in rotazione la piattaforma 100; e, nel caso in cui le due spinte 123 siano anche di uguale intensità, la risultante non presenterà alcuna componente idonea a far traslare la piattaforma 100, che pertanto sarà interessata solamente da un moto di rotazione.

Il caso di Figura 4, diversamente dal caso di Figura 2 C), invece, potrebbe produrre una risultante nulla, o quasi nulla, in quanto le forza esercitate sui due lati della piattaforma 100 con i due contatti 124, potrebbero in grande misura opporsi, quindi annullarsi senza dar luogo ad una coppia significativa in quanto sono esercitate approssimativamente sulla stessa direttice, e pertanto non contribuire alla generazione di alcun spostamento, né di alcuna rotazione.

L’elaborazione dei dati di pressione esercitati sulla “skin” della piattaforma 100, tuttavia, non solo permette di calcolare una risultante delle forze applicate, ma permette anche di rilevare l’entità delle forze che, pur esercitate sui lati della piattaforma, si oppongono annullandosi.

Il caso in cui l’entità delle forze che si annullano, stringendo la piattaforma 100, è decisamente prevalente rispetto all’eventuale formazione di piccole coppie di forze, corrisponde ad una sorta di “presa” da parte dell’operatore che sta manipolando la piattaforma 100.

E tale presa può pertanto essere sintetizzata attraverso l’elaborazione dei dati rilevati dalla “skin” (che, si ricorda, altro non è che un sistema di sensori tattili analogici, sensibili alla pressione), e può essere identificata quando forze opposte sono esercitate approssimativamente sulla stessa direttrice: dove il fatto che si debba ricorrere a valutazioni che tengono conto di approssimazioni si rende necessario in quanto si ha a che fare con l’interpretazione di comandi manuali e spontanei.

Allo scopo di preservare la prerogativa che vuole che i comandi manuali siano concepiti in modo da risultare intuitivi, è allora opportuno assecondare il caso in cui un operatore, agendo con spontaneità, e volendo muovere la piattaforma 100 tirandola verso di se, la stringe tra le mani e la tira.

Per poter interpretare tale comportamento, sarebbe necessario disporre di una “skin" composta da sensori tattili in grado di misurare non solo la pressione, ma anche le componenti di forza parallele alla superficie. E’ teoricamente possibile utilizzare sensori di tal tipo, ma essi non costituiscono una tecnologia a basso costo e facilmente approvvigionabile (si tratta di materiali per lo più da laboratorio), ed inoltre, qualora utilizzabili, richiederebbero una notevole complessità, anche circuitale, per essere sfruttati.

Pur non escludendo, in linea di principio, la possibilità di utilizzare “skin” molto evolute e sensibili anche alle forze esercitate per attrito con componenti parallele alle superfici coperte da tali “skin”, il sistema implementato secondo gli insegnamenti della presente invenzione può supportare l'interpretazione di un comando manuale impartito come raffigurato in Figura 4 (ossia due mani che stringono la piattaforma 100 e la tirano), anche impiegando i sensori tattili più diffusi e semplici, che sono sensibili solo alla pressione (ossia le forze perpendicolari alle superfici).

Infatti, per quanto osservato in precedenza, mediante l’elaborazione dei dati di contatto che considerano solamente le forze di pressione sulle superfici, è comunque possibile individuare i casi in cui venga esercitata una sorta di presa sulla piattaforma. Disponendo di tale dato (ossia la presenza di una presa), può essere implementato un programma che, solo quando vi è la presenza di una presa, considera anche altri dati di ingresso, facilmente disponibili nelle piattaforme robotizzate semoventi, quali ad esempio i dati sulle coppie presenti sulle ruote. Come illustrato in precedenza, le tecniche di controllo manuale di una piattaforma mediante l’esame delle coppie presenti sulle ruote sono tecniche note, le cui controindicazioni risiedono nella minor precisione e nel fatto che richiedono una buona modellizzazione dell’ambiente e della piattaforma stessa.

Tuttavia, nel caso in cui tali tecniche basate sull’analisi delle coppie sulle ruote siano impiegate in combinazione alle tecniche basate sulla rilevazione dei contatti sulla superfice della piattaforma 100, le controindicazioni possono essere considerevolmente contenute, in quanto l’analisi delle coppie sulle ruote può essere considerata, ed utilizzata, solo per ricavare una componente specifica del moto voluto dall’operatore, il quale potrà continuare a dettare le altre componenti del moto mediante l’ausilio del sistema di sensori tattili. Ad esempio potrà comandare le rotazioni regolando le pressioni della sua presa in punti non perfettamente opposti, dando quindi luogo ad una risultante delle pressioni esercitate che prevede anche una coppia di forze, oppure può produrre un moto obliquo esercitando una pressione diversa con le due mani, per cui solo la pressione esercitata da una parte si annulla, mentre la pressione esercitata dalla parte opposta non viene completamente compensata.

L’esempio citato è quindi generalizzabile, ed indica una ulteriore possibilità di comando offerta dalla piattaforma robotizzata semovente 100 realizzata secondo gli insegnamenti della presente invenzione. Tale possibilità di comando permette di assecondare dei comportamenti spontanei, e tipici, che un operatore può mettere in atto quando intende manovrare manualmente gli spostamenti della piattaforma 100. E tale possibilità è data dal fatto che il movimento da impartire alla piattaforma robotizzata semovente 100 può non essere solo calcolato attraverso la determinazione della risultante delle pressioni applicate sulla superficie; infatti l’analisi di tali pressioni, quando esercitate in più punti, possono rivelare anche la presenza di prese, ossia la presenza di componenti di forze che si oppongono senza necessariamente generare delle coppie significative (quindi rotazioni), e in presenza di tali prese è possibile quindi prevedere l’analisi di altri dati, quali l’insorgere di sollecitazioni di coppie su almeno una ruota della piattaforma. L’insorgenza di una tale tipologia di coppia permette di individuare l’intenzione dell’operatore di imprimere una componente di moto nella direzione perpendicolare alle componenti di forza che si annullano opponendosi.

E’ quindi cosi possibile trasformare l’individuazione di tale intenzione in un corrispondente comando di movimentazione.

L’analisi delle coppie presente sulle ruote è utile in quanto permette anche di distinguere il caso in cui un operatore spinga (volutamente o per distrazione) la piattaforma contro un ostacolo. Infatti, anche in tale caso, il sistema di sensori tattili rileva forze opposte che si annullano: la spinta esercitata dall’operatore e la forza resistente opposta dall’ostacolo. Tuttavia, in tale evenienza non si determina sulle ruote una coppia corrispondente ad un movimento perpendicolare alle componenti di forza che si oppongono, e quindi il caso può essere gestito e trattato diversamente.

A seconda della complessità delle elaborazioni, e della qualità dei dati provenienti dalla misura delle variazioni di coppia sulle ruote, si possono ottenere precisioni di comando più o meno accurate. Tuttavia il compromesso in termini di precisione è certamente accettabile rispetto al risultato ottenibile, che è quello di concepire un sistema capace di interpretare con grande completezza i comandi manuali spontanei che possono essere impartiti da un operatore.

Anche nel caso che alcuni moti della piattaforma vengano impartiti a seguito di questi comandi “di presa", il sistema può essere calibrato una volta assemblato, e tale fase di calibrazione può essere concepita in modo da tener conto dei casi d’uso tipici, ed in tale modo la precisione ottenibile anche con questo tipo di comandi può essere ulteriormente migliorata.

Ciò che è importante sottolineare è il fatto che la disponibilità di informazioni continue sull’entità della pressione di contatto, permette di integrare con efficacia metodologie di controllo basate anche su altri sensori, effettuando le corrette interpretazioni, e distinguendo i diversi casi, cosa non possibile disponendo di sensori di contato booleani.

In generale, si segnala come sia una interessante prerogativa della presente invenzione quella di potersi facilmente integrare con altre soluzioni, complementari per la trasformazione di comandi manuali d’utente intuitivi in comandi di controllo del moto di una piattaforma robotizzata semovente 100.

Ad esempio, se la piattaforma presenta delle maniglie, dei bordi sporgenti, o altri punti che si prestano ad essere afferrati, o comunque utilizzati, da un operatore per comandare intuitivamente la movimentazione di tale piattaforma, tali punti possono essere accoppiati ad opportuni sensori che rilevano tali azioni da parte dell’operatore (tipicamente altri sensori di pressione), ed i segnali rilevati possono essere usati per elaborare i corrispondenti comandi di controllo automatico della movimentazione.

E’ evidente, che il numero di forme con cui possono essere implementati questi ulteriori punti di presa è estremamente vario, ciascuno può avere caratteristiche peculiari e può o meno essere rilevante ai fini della gestione delle collisioni, e pertanto i dati di misura debbono essere interpretati e gestiti in modo specifico per ciascun caso. Ciò che conta evidenziare in tale sede è il fatto che anche queste opzioni, utili a migliorare l’usabilità complessiva deN’implementazione finale di una piattaforma robotizzata semovente 100, oltre che utili, sono anche integrabili molto agevolmente in una piattaforma robotizzata semovente 100 che sia concepita secondo gli insegnamenti della presente invenzione.

L’invenzione appena descritta si può quindi prestare a numerose ulteriori varianti che possono offrire ulteriori vantaggi rispetto a quelli precedentemente citati. E tali ulteriori varianti possono essere apportate daH’uomo esperto del ramo senza per questo fuoriuscire dall’invenzione quale essa risulta dalla presente descrizione e dalle rivendicazioni qui allegate. Pertanto può essere modificata la disposizione di alcuni elementi descritti; inoltre ciascun elemento può essere sviluppato in diversi materiali, forma o dimensione; inoltre l’invenzione stessa può essere realizzata in modo parziale così come altri dettagli descritti sono sostituibili da elementi tecnicamente e funzionalmente equivalenti.

In particolare, e come già precedentemente detto, le particolari tecnologie riguardanti l’impiego di specifici materiali non è parte caratterizzante della presente invenzione e pertanto, se nel futuro dovessero essere disponibili materiali più vantaggiosi di quelli indicati nelle implementazioni preferite, o se le attuali tecnologie attinenti alla sensoristica ed al controllo numerico evolvessero verso migliori prestazioni o migliori rapporti qualità-prezzo, in modo da applicare in modo più efficiente i vari controlli richiesti, ulteriori miglioramenti potrebbero essere apportati nella realizzazione della presente invenzione senza per questo modificarne la natura inventiva.

Infine, l'invenzione descritta si presta ad incorporare ed a supportare ulteriori accorgimenti volti a migliorare ancor più le prestazioni e le funzioni che possono essere messe in atto da una piattaforma robotizzata semovente il cui moto possa essere adeguatamente controllato: tali accorgimenti non descritti nella presente invenzione potranno essere descritti in ulteriori domande di brevetto associabili a questa invenzione.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1) Piattaforma robotizzata (100) semovente comprendente: s una copertura configurata come sensore di pressione e che ricopre almeno in parte le facce laterali esterne di detta piattaforma robotizzata semovente (100); s un’unità di calcolo configurata per controllare le traiettorie del moto di detta piattaforma robotizzata (100) mediante comandi di controllo che impongono delle velocità istantanee calcolate in tempo reale in funzione delle pressioni istantanee rilevate mediante detta copertura configurata come sensore di pressione, laddove detta copertura configurata come sensore di pressione comprende: s un primo strato configurato per realizzare uno o più componenti elettrici, collegati in un circuito, la cui caratterizzazione elettrica varia a seconda della pressione con cui detta copertura viene schiacciata, e tale variazione della caratterizzazione elettrica è continua almeno in un intervallo di pressioni di schiacciamento che vengono applicate; s detto primo strato oppure un secondo strato esterno al detto primo strato configurato per realizzare, almeno su una porzione delle facce laterali esterne di detta piattaforma robotizzata (100), uno strato ammortizzante di materiale deformabile in modo non permanente.
2. 2) Piattaforma robotizzata semovente (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo strato comprende una sequenza di pellicole tattili (110) disposte in modo da coprire almeno una parte delle facce laterali di detta piattaforma robotizzata (100) e dette pellicole tattili (110) sono costituite da materiali conduttori o semiconduttori la cui caratterizzazione elettrica varia con continuità a seconda della pressione con cui dette pellicole tattili (110) sono schiacciate.
3. 3) Piattaforma robotizzata semovente (100) come nella rivendicazione precedente, in cui dette pellicole tattili (110) sono costituite di materiali conduttori o semiconduttori con la proprietà di variare la loro resistenza elettrica in funzione della pressione con cui vengono schiacciati.
4. 4) Piattaforma robotizzata semovente (100) secondo la rivendicazione 2, in cui dette pellicole tattili (110) sono collegate in almeno un circuito elettrico alimentato, e detto circuito elettrico alimentato comprende anche dei componenti atti a misurare grandezze elettriche analogiche ed a rendere disponibili tali misure affinché possano essere elaborate informaticamente ed in modo automatico.
5. 5) Piattaforma robotizzata semovente (100) secondo la rivendicazione 2, in cui detto strato di copertura configurato per realizzare, almeno su una porzione delle facce laterali esterne di detta piattaforma robotizzata (100), uno strato ammortizzante di materiale deformabile in modo non permanente è un secondo strato (210) esterno al detto primo strato, e detto secondo strato esterno (210) è costituito da una schiuma viscoelastica o da una gommapiuma, materiali questi, caratterizzati da un coefficiente elastico “k” (211) per cui possono ritornare ad assumere la loro forma originale dopo che hanno subito una deformazione causata da una pressione, anche lieve, esercitata sulla loro superfice esterna.
6. 6) Piattaforma robotizzata semovente (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detto strato configurato per realizzare, almeno su una porzione delle facce laterali esterne di detta piattaforma robotizzata (100), uno strato ammortizzante di materiale deformabile in modo non permanente, coincide con il detto primo strato ed è costituito di un materiale elettricamente sensibile alla pressione che, inserito in un circuito elettrico, presenta una caratterizzazione elettrica dipendente dalle pressioni a cui è sottoposto, e detto circuito elettrico comprende anche dei componenti atti a misurare grandezze elettriche analogiche ed a rendere disponibili tali misure affinché possano essere elaborate informaticamente ed in modo automatico; e detto materiale sensibile alla pressione presenta anche uno spessore tale che, per effetto di tali pressioni, si deforma secondo una caratterizzazione elastica idonea ad implementare anche una funzione ammortizzante.
7. 7) Piattaforma robotizzata semovente (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazione precedenti che comprende almeno una ruota motrice, in cui è implementata una procedura informatica che, in funzione delle grandezze elettriche misurate, effettua una stima delle componenti di pressione esercitate ortogonalmente sulle facce laterali di detta piattaforma robotizzata semovente (100), identificando sia le zone in cui dette pressioni sono esercitate e sia la loro intensità; essendo possibili ed identificabili sia i casi di pressioni esercitate in una sola zona delle superfici laterali e sia pressioni esercitate in una pluralità di zone delle superfici laterali; e detta procedura informatica calcola, in modo approssimato, anche le direzioni di movimento e le rotazioni compatibili con pressioni rilevate; e detti comandi di controllo per detta almeno una ruota motrice sono tali da far muovere detta piattaforma robotizzata semovente (100) secondo dette direzioni di movimento e rotazioni calcolate in modo da risultare compatibili con le zone di applicazione delle pressioni esercitate, e la velocità e l’accelerazione di tali movimenti sono funzione sia dell’intensità delle pressioni rilevate e sia dello stato di moto della piattaforma stessa.
8. 8) Piattaforma robotizzata semovente (100) secondo la rivendicazione precedente, in cui il calcolo delle velocità e delle accelerazioni che determinano i comandi di moto di detta piattaforma robotizzata semovente (100), dipendono anche da parametri che possono essere determinati in fase di calibrazione.
9. 9) Piattaforma robotizzata semovente (100) secondo la rivendicazione precedente, in cui, nel caso di presenza di pressioni esercitate in senso opposto, e approssimativamente sulla stessa direttrice, in modo tale da annullarsi reciprocamente, almeno parzialmente, esegue una procedura che prevede di effettuare una stima delle sollecitazioni presenti su detta almeno una ruota motrice, e di individuare la presenza, o meno, di componenti di coppie di forze caratterizzate dal fatto di: a) non essere interamente attribuibili ai comandi di controllo messi in atto per effetto dell’elaborazione di altri comandi d’utente, b) contribuire ad un effetto teorico corrispondente ad un moto della piattaforma (100) avente una componente lungo la direzione ortogonale a detta direttrice su cui agiscono dette pressioni che si annullano reciprocamente, almeno parzialmente; e nel caso di presenza di dette componenti di coppie caratterizzate come detto nei punti a) e b), un’unità di calcolo compresa in detta piattaforma robotizzata semovente (100), genera dei comandi di controllo sulle ruote di detta piattaforma (100) idonei a contribuire ad un moto della piattaforma (100) avente una componente lungo la direzione ortogonale a detta direttrice su cui agiscono dette pressioni che si annullano reciprocamente, almeno parzialmente.