RELAZIONE ANNUALE

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RELAZIONE ANNUALE
MINISTERO DELL'ISTRUZIONE DELL'UNIVERSITÀ E DELLA RICERCA
RELAZIONE ANNUALE
RESPONSABILE UNITÀ DI RICERCA
Anno 2004 - prot. 2004094134_003
Responsabile Scientifico dell'Unità di Ricerca: CASALINO Giuseppe
Università degli Studi di GENOVA
Università
47.300 €
Quota Cofinanziamento MIUR
20.300 €
Quota Cofinanziamento ATENEO
67.600 €
Totale finanziamento
Illustrazione dell'attività svolta
L'attività di ricerca svolta dall'Unità Operativa UNIGE, nel corso della prima fase progettuale, ha avuto come oggetto
primario la tematica VMS (Vehicle Manipulator Systems).
Vengono qui di seguito indicate le linee di sviluppo temporalmente seguite, unitamente ad una concisa indicazione
dei risultati ottenuti in ciascuna di esse.
1) Coordinamento a Macro-strutture
Sulla base dell'obbiettivo di poter pervenire a strutture mobili di manipolazione di tipo facilmente configurabile
(aggiunta, sottrazione, sostituzione delle strutture di manipolazione e/o cambio della tipologia di veicolo di supporto)
si è dapprima affrontato la problematica supponendo ogni unità (macrostruttura) già separatemente governata da un
suo proprio sistema di controllo, riducendo quindi il problema più generale del governo dell'intera risultante struttura
a quello del coordinamento tra i diversi controllori.
la metodologia di controllo sviluppata, detta appunto "coordinamento a macro-strutture" ha fornito risultati del tutto
soddisfacenti, anche se ha evidenziato un limite consitente nel presupporre la conoscenza a priori, da parte di tutte
le unità di manipolazione supportate, dello spazio di lavoro del sottostante veicolo.
2) Coordinamento Iterativo a Macro-strutture
Il sottostante limite operativo ha potuto quindi essere superato ipotizzando la possibilità di instaurare, all'interno di
ciacun intervallo di campionamento, una stretta comunicazione tra le diverse struttutere coordinate, avente lo scopo
di portare a convergenza, nell'ambito dello stesso intervallo di campionamento, un processo iterativo di tipo "trial
and error", che vede le strutture soprastanti richiedere, al sottostante veicolo di supporto, la messa disposizione del
vettore di velocità ottimale che si renderebbe necessario ai fini del coordinamento generale.
Poichè le limitazioni dello spazio di mobilità del veicolo (ora non più noto alle strutture sovrastanti) sono in genere
tali da non consentire la realizzazione della velocità richiesta, l'errore che ne consegue viene allora comunicato
on-line alle strutture superiori; le quali provvedreanno quindi a compensare al meglio, per loro conto, tale errore; per
poi richiedere nuovamente al veicolo di provvedere con una nuova componente di velocità (aggiungendola a quella
che era stato prima in grado di produrre) a compensare l'eventuale errore residuo.
Poichè la nuovamente possibile parziale generazione di tale ultima componente di velocità, da parte del veicolo e a
causa delle sue limitazioni di mobilità, può generare nuovamente un errore; tale errore, qualora re-inviato alle parti
superiori, consentirà di ripetere nuovamente l'intero processo; e così via fino al numero massimo di iterazioni
ripetibili nell'ambito dell'assegnato intervallo di convergenza
Il metodo, dotato di ottime proprietà di convergenza verso errori nulli, nell'ipotesi di possibilità di "infinite" iterazioni,
si è comunque rivelato adeguato a fornire prestazioni del tutto soddisfacenti, anche nella realistica ipotesi di un
numero limitato di iterazioni per intervallo di campionamento; tipicamente non più di dieci, del tutto supportabili
nell'ambito dei correnti sistemi Hw/Sw di comunicazione e controllo, nonchè nell'ambito di strutture mobili di
manipolazione tuttavia dotate di non più di due bracci.
3) Coordinamento a Macro Strutture "DP-Based"
Le residue limitazioni insite nel precedente approccio; ossia approssimazione residua (anche se quasi sempre
ragionevole) insita nella finitezza del numero di iterazioni ammissibili; complessità crescente di comunicazione a
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seguito della crescente richiesta di iterazioni al crescere della complessità strutturale (più di due bracci
complessamente articolati) hanno potuto essere comunque superate definitivamente nel momento stesso in cui si è
potuto notare che l'intero problema di coordinamento poteva in realtà essere trattato tramite l'impiego distribuito
(sempre all'interno di un singolo intervallo) di algoritmi di Programmazione Dinamica (Dynamic-Programmig (DP)) i
quali, essendo costituiti da una prima fase "backward" di ottimizzazione (fatta prima procedere dalle strutture
superiori fino al sottoostante veicolo); subito seguita da una fase "forward" dal veicolo alle strutture superiori di
applicazione del controllo, consente di ottenere immediatamente, nell'ambito quindi di soli due passaggi e con un
notevole risparmio nell'effort di comunicazione, il controllo coordinativo ottimale per l'intera struttura, senza tuttavia
introdurre alcuna approssimazione residua.
Al momento attuale, riconoscendo che ogni singola macrostruttura componente può a sua volta suddividersi in
micro-strutture, ciascuna costituita da un singolo joint+link (quindi un manipolatore ad un solo d.o.f.) si stà
conseguentemente investigando la possibilità di spingere l'uso della programmazione dinamica fino tale livello di
atomizzazione; la quale si ritiene potrà presumibilmente consentire il trattamento di strutture robotiche in realtà
caratterizzate da livelli di comlessità qualsiasi: quindi non più soltanto manipolatori mobili su ruote, ma anche
strutture locomoventi su arti, etc. Un aspetto questo'ultimo che si ritine del tutto degno di essere anch'esso
investigato nell'ambito del presente progetto.
Al riguardo comunque dei risultati finora ottenuti, si fà qui presente che gli stessi, oltre che per via simulativa, sono
stati anche validati con successo su un sistema mobile di manipolazione che, come previsto dal programma, è stato
interamente sviluppato nell'ambito ell'Unità operativa.
Anche se il manipolatore mobile realizzato può supportare fino a due bracci manipolativi (per la precisione 2 bracci
Puma 260, già diponibili a suo tempo presso l'Unità Operativa) le sperimentazioni hanno tuttavia riguardato il caso
di un solo braccio supportato. Altre sperimentazioni, in particolare a due bracci, aventi comunque per lo più scopi
dimostrativi, sono previste per la seconda fase del progetto.
Nell'ambito delle ricerche è stato impegnato (e continuerà ad essere impegnato) un Assegnista di Ricerca (già
dotato di titolo di Dottore di Ricerca) con finanziamento proveniente interamente da questo progetto.
La progettazione e realizzazione del prototipo di veicolo, a valle della definizione di dettaglio delle sue specifiche da
parte dell'Unità Operativa, è stata invece affidata ad una ditta specializzata sottoforma di fornitura di un servizio
esterno.
Infine, l'elenco delle pubblicazioni prodotte è qui di seguito riportato.
Pubblicazioni:
G. Casalino, A. Turetta: “Modular Composition and Self-Coordination Technique for Mobile Manipulators ”.
International Conference on Robotic and Automation (ICRA 2004), New Orleans, Louisiana, May 2004.
G. Casalino, A. Turetta: “Motion Coordination Technique for Mobile Manipulators”. IFAC Symposium on Intelligent
Autonomous Vehicles (IAV 2004), Lisbon, Portugal, July 2004.
G. Casalino, A. Turetta: “Self-coordinated control for Mobile Manipulators”. Proc. of 12th Mediterranean Conference
on Control and Automation (MED 2004), Istanbul, Turkey, June 2004.
G. Casalino, A. Turetta: “On Coordination of Multiarm NonHolonomic Mobile Manipulators”. Intelligent Manipulation
and Grasping International Conference (IMG 2004), Genova, Italy, July 2004.
G. Casalino, A. Turetta: “A Computationally Distributed Self-Organizing Algorithm for the Control of Manipulators in
the Operational Space”. International Conference on Robotic and Automation (ICRA 2005), Barcelona, Spain, April
2005.
G. Casalino, A. Turetta: “Dynamic Programming Based, Computationally Distributed Control of Modular
Manipulators in the Operational Space”. International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA 2005),
Niagara Falls, Ontario, Canada, July 2005
G. Casalino, A. Turetta: “Computationally Distributed, Self-Organizing Control of Manipulators in the Operational
Space”. International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2005), Edmonton, Alberta, Canada,
August 2005.
G. Casalino, A. Turetta, A. Sorbara: “Self-organizing control techniques for modular robotic arms within space
applications”. International symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space, Munchen,
Germany, September 2005.
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G. Casalino, A. Turetta, A. Sorbara: “Computationally Distributed Control and Coordination Architectures for
Underwater Reconfigurable Free-flying Multi-manipulator”. International Workshop on Underwater Robotics (IWUR
2005), Genova, Italy, November 2005.
Dottorati di ricerca a carico del PRIN 2004
nº Cognome
Nome
Inizio del contratto
Costo in euro
Note
Nota n. 282 del 20/02/2004
la data di attivazione deve essere compresa tra il 30/11/2004 e il 28/02/2005
Schema riassuntivo dei fondi utilizzati (cifre spese)
Voce di spesa
Materiale
inventariabile
Grandi Attrezzature
Materiale di consumo
Spese per calcolo ed
elaborazione dati
Personale a contratto
(escluse le borse di
dottorato)
Dottorati di ricerca a
carico del PRIN 2004
Servizi esterni
Missioni
Pubblicazioni
Partecipazione /
Organizzazione
convegni
Altro
TOTALE
Spese indicate
Cifra
nella rideterminazione spesa
di base e/o
rimodulazione
Descrizione
0
0
1.600
1.003 componenti meccanici, elettrici ed elettronici,
strumentazione corrente di laboratorio,
materiale informatico, cancelleria
2.000
36.000
18.070 Spese stipendiali per l'anno 2005 di un
Assegnista di Ricerca
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16.000
10.000
15.000 progettazione e realizzazione su specifica di un
veicolo autonomo dotato di suo controller a
supporto di No 2 bracci manipolatori Puma
260
5.444 spese di viaggio e soggiorno per la
partecipazione a diversificati convegni
internazionali e non in Robotica; nonchè
missioni per riunioni di coordinamento a livello
nazionale
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2.000
67.600
39.517
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