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Localization and Navigation of Autonomous Systems in Complex Scenarios
No full textI sistemi autonomi rappresentano un’area di sviluppo molto promettente, in
particolare per quanto riguarda la ricerca sui sistemi artificiali intelligenti ed
embedded.
In campo industriale molte soluzioni focalizzate a risolvere un ben determinato
problema sono disponibili, ma la gran parte di queste soluzioni è tuttavia
proprietaria. Se da una parte il mantenimento della proprietà di alcune tecnologie
garantisce una propria posizione nel mercato, dall’altra comporta dei
costi soprattutto nel lungo periodo.
A causa del proliferare di soluzioni proprietarie, l’industria robotica presenta
un forte grado di frammentazione, che si traduce in un rallentamento nello
sviluppo di nuovi sistemi, soprattutto in un periodo come quello presente, dove
un sempre maggior numero di applicazioni dei sistemi robotici viene alla luce.
Basti pensare ad esempio al forte sviluppo che stanno avendo i robots dedicati
al supporto dei pazienti in ambiente ospedaliero, od ancora i robots adibiti alla
pulizia dei pavimenti della abitazioni.
Gran parte delle problematiche che devono essere affrontate nello sviluppo dei
Sistemi Autonomi sono comuni a tutti gli ambiti applicativi degli stessi: tali
problematiche riguardano, ad esempio, la localizzazione in ambienti indoor/
outdoor, la capacità di evitare ostacoli, la possibilità di prendere semplici decisioni
sulla base del verificarsi di determinati eventi. Risulta pertanto chiaro
che avere un framework di strumenti e tools di base, che risolva i problemi
comuni a tutti gli ambiti applicativi, e dal quale partire di volta in volta per
lo sviluppo di particolari sistemi adibiti a determinati compiti, comporti un
notevole vantaggio.
Pertanto, per diventare competitivi in uno scenario fortemente dinamico è
necessario colmare alcune lacune che attualmente rallentano il processo di diffusione
dei sistemi autonomi: la mancanza di piattaforme per l’integrazione di
componenti da vari fornitori di tecnologia, la non disponibilità di piattaforme
embedded altamente performanti e l’assenza di un framework di metodologie
di sviluppo sono solo alcuni degli ostacoli da superare.
In questo contesto, il progetto Europeo R3-COP mira a fornire un avanzamento
rispetto allo stato dell’arte nel campo dei sistemi autonomi, fornendo
un contributo sia dal punto di vista tecnologico che metodologico.
Il progetto R3-COP (www.r3-cop.eu), reso possibile dai fondi stanziati dal
Consorzio ARTEMIS Joint Undertaking, grazie alla collaborazione di 27 partners
provenienti da diverse realtà Europee, mira a rappresentare una pietra miliare
rispetto allo stato dell’arte nello sviluppo dei Sistemi Autonomi fornendo
un framekwork di nuove tecnologie e metodologie che permettano all’Industria
Europea la produzione di sistemi robotici avanzati, robusti, autonomi e cooperanti
ad un costo sempre più ridotto.
Dal punto di vista tecnologico, il progetto R3-COP da una parte mira allo
sviluppo di piattaforme embedded altamente performanti basate su architettura
multi-core fault-tolerant, dall’altra alla definizione di tecnologie innovative nel
campo della percezione dell’ambiente (tramite anche tecniche di Sensor Fusion),
ma anche di capacità cognitive e di coooperazione fra i differenti tipi di Sistemi
Autonomi.
Dal punto di vista metodologico, R3-COP mira a fornire un framework di
base di strumenti di sviluppo, validazione e verifica che possa rappresentare il
punto di partenza dei futuri Sistemi Autonomi.
La presente Tesi è stata sviluppata nell’ambito del progetto R3-COP, al fine
di fornire un contributo originale nella risoluzione di alcune delle problematiche
affrontate dal progetto stesso. In particolare, si mira a fornire un contributo in
entrambe le direzioni del progetto: tecnologia e metodologia.
Relativamente alla tecnologia, il lavoro condotto nella prima parte di questa
Tesi descrive il contributo offerto nello sviluppo di algoritmi di localizzazione
per ambienti indoor/outdoor di sistemi autonomi. Gli algoritmi sviluppati,
basati su varianti del Filtro di Kalman dimostrano la possibilità di sfruttare le
recenti tecnologie radio appartenenti allo standard IEEE 802.15.4a quali Ultra
Wide Band e Chrip Spread Sprectrum nella localizzazione robotica specialmente
in ambienti indoor.
Andando più nel dettaglio, in questa Tesi si presenta un sistema di localizzazione
per Unmanned Ground Vehicles basato sul sistema Nanotron Chirp
Spread Spectrum. Il kit fornito da Nanotron rappresenta una possibile scelta
nello sviluppo di un sistema di ranging specialmente grazie alla tecnologia proprietaria
chiamata Symmetrical Double Sided Two Way Ranging (SDS-TWR).
Questa tecnica di ranging permette di superare le limitazioni dei classici sistemi
di ranging basati sull’intensità del segnale ricevuto (RSSI) che non assicurano
performance soddisfacenti particolarmente in ambienti strutturati. L’algoritmo
proposto permette anche di modellare il bias nei dati di ranging considerando
inoltre le misure affette da fault al fine di avere una stima della posizione maggiormanete
affidabile, anche quando le informazioni di ranging di alcune ancore
non sono disponibili.
Successivamente, si propone un algoritmo di localizzazione per Unmanned
Aerial Vehicles (UAV) sfruttando il kit di sensori UbiSense basato sullo standard
IEEE 802.15.4a Ultra Wideband (UWB). L’algoritmo proposto permette
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di stimare la posizione di un mini UAV sfruttando le informazioni provenienti
da sensori inerziali low-cost e un sistema di visione per il rilevamento del marker
nella zona di atterraggio. Le misure di ranging fornite dall’ltraWide Band, con
un errore di circa 25cm, permetteno di ridurre gli errori dei sensori inerziali.
I risultati dimostrano che il connubio di sensori inerziali ed UltraWide Band
permette di localizzare l’UAV con una precisione di 15cm.
Da un punto di vista metodologico, la seconda parte della Tesi presenta il
sistema software di simulazione sviluppato per la veloce prototipazione di leggi
di controllo cooperative e per la validazione delle stesse con la possibilità di
sfruttare tools per la generazione automatica del codice ed l’integrazione dello
stesso nella piattaforme hardware reali. In aggiunta, sono discussi alcuni esempi
di utilizzo del Simulatore come il test di un algoritmo per il volo in formazione
di più UAV basato sul Networked Decentralized Model Predictive Control ed
algoritmi per la gestione delle missioni sfruttando le Macchine a Stati Finiti e la
cooperazione degli agenti mobili realizzata mediante lo scambio di informazioni.
Tutto il lavoro svolto è stato finalizzato alla realizzazione dei relativi aspetti
del dimostratore finale Air-Borne del progetto R3-COP nel quale le capacità
di localizzazione, navigazione e cooperazione dei Sistemi Autonomi terrestri ed
aerei dovevano essere dimostrate. I risultati delle ricerche condotte sono stati
pubblicati con successo in varie riviste ed atti di conferenze internazionali
An IMU/UWB/Vision-based Extended Kalman Filter for Mini-UAV Localization in Indoor Environment using 802.15.4a Wireless Sensor Network
Full text linkIndoor localization of mobile agents using wireless technologies is becoming very important in military and civil applications. This paper introduces an approach for the indoor localization of a mini UAV based on Ultra-WideBand technology, low cost IMU and vision based sensors. In this work an Extended Kalman Filter (EKF) is introduced as a possible technique to improve the localization. The proposed approach allows to use a low-cost Inertial Measurement Unit (IMU) in the prediction step and the integration of vision-odometry for the detection of markers nearness the touchdown area. The ranging measurements allow to reduce the errors of inertial sensors due to the limited performance of accelerometers and gyros. The obtained results show that an accuracy of 10 cm can be achieved
A Biased Extended Kalman Filter for Indoor Localization of a Mobile Agent using Low-Cost IMU and UWB Wireless Sensor Network
No full textSelf electrocardiogram acquisition device
No full textAn electrocardiographic device (40) comprises a central portion (31) and two side portions (33) that have respective conductive surfaces (1,3) configured as acquisition electrodes for receiving a raw electrocardiographic signal from a patient's (99) respective hands (98); an acquisition unit (25) electrically connected to the conductive surfaces (1,3), so as to receive the raw signal and configured for filtering it within a predetermined passband to obtain a filtered signal; a digitalization unit (18) connected to the acquisition unit (25), so as to receive the filtered signal, and configured for sampling it to obtain a digital signalized; a data interface unit (22) electrically connected to the digitalization unit (18), so as to receive the digital signalized, and configured for providing it so as it can be drawn; wherein the side portions (33) have a base surface (36) that is opposite to the conductive surfaces (1,3) configured to be arranged on a plane; a height (D) between a base surface (36) and the conductive surfaces (1,3) set between 1 cm and 8 cm, the side portions having a front edge (37) to be arranged distally with respect to the patient (99) and in such a way that the distance between the front edge (37) and the conductive surfaces (1,3) is shorter than a predetermined value (L), so that the patient (99), arranging the bases (36) on the plane (28), can cause the palm (97) of his own respective hands (98) to bear on the side portions (33), maintaining the hand palm (97) in contact with the conductive surfaces (1,3) and at the same time assisting the fingers (98") of the hands (98) to possibly rest on the plane (28). This way, by causing the hand palm to bear on the raised side portions allows to discharge a large part of the weight of the arm on the conductive surfaces substantially without any muscle tension and without any movement, which would affect the contact surface during the acquisition, and substantially without any noise associated thereto, so that a filtering passband can be chosen that has a lower limit value lower than in the prior art devices, which allows preserving a large part of the information content of the electrocardiographic signal
Adaptive extended Kalman filter for indoor/outdoor localization using a 802.15.4a wireless network
No full textEuropean Conference on Mobile Robots - ECMR 2011
Online Proceedings http://aass.oru.se/Agora/ECMR2011/proceedings.htm
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Testing of cooperative tasks for Unmanned Aerial and ground platforms
No full textIn the last years the Model Based Design for Unmanned Systems aided the safe and rational release of applications running on unmanned systems. In particular in this paper we focus on a hybrid methodology that merges Software in the Loop (SIL) and Model in the Loop (MIL) strategies for cooperative tasks performed by aerial and ground autonomous vehicles. The proposed work flow covers the design and testing of Ground Control Station (GCS) modelled by a finite state machine, the design and testing of navigation code running on UAV and UGV and the testing of cooperative missions. The work-flow is based on a realistic 3D physical simulator interfaced with Matlab-Simulink-Stafeflow. The proposed approach has been successfully tested and evaluated allowing to release runnable and safe code on real targets
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