Università degli Studi Roma TRE

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1 Università degli Studi Roma TRE Dipartimento di Ingegneria Elettronica in collaborazione con Università degli Studi La Sapienza Dipartimento di Meccanica e Aeronautica PROGETTO E REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI GUIDA AUTOMATICO TRAMITE Relatore: Chiar.mo Prof. Pietro Di Rosa REALTA VIRTUALE Anno Accademico 1999/2000 Secondo relatore: Ing. Alessandro Toscano Corelatori: Ing. Giosué Caliano Ing. Romano Impero Abenavoli Prof. Vincenzo Naso Candidato: Alessandro Amoroso

2 IL PROGETTO AWV - Automatic Virtual Wheelchair (1) Obiettivo: prototipo AMP (Automatic Mobile Platform) con funzioni di navigazione autonoma in un ambiente parzialmente noto Raggiungimento degli obiettivi seguendo percorsi impostati Capacità di aggiramento di ostacoli elementari Idea di base Approccio tecnologico Software di Realtà Virtuale Teoria degli Agenti Autonomi (ad hoc) Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 2

3 IL PROGETTO AWV - Automatic Virtual Wheelchair (2) AGENTE AUTONOMO «Sistema composto da un set di elementi che possiedono una relazione fra loro e con l ambiente. Deve adempiere ad una funzione e nel contempo mantenersi in grado di svolgerla» 1 Caratteristiche: Obiettivo Livello di Autonomia: controllo centralizzato (Controllo Missione) 1 Luc Steels When are robots Intelligents Autonomous Agents? Base di Conoscenza Dati telemetrici Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 3

4 METODOLOGIA OPERATIVA Filosofia del progetto «Divide et impera» A Definizione dell architettura di sistema B Realizzazione di una simulazione in realtà virtuale B.1 Modello simulato di un ambiente reale B.2 Modello della piattaforma mobile B.3 Algoritmo per i percorsi prestabiliti B.4 Algoritmo per il superamento di ostacoli C Sviluppo del Tech-Bot VR «Apollo» C.1 Sensori ultrasonici (moduli Polaroid 6500) C.2 Sistema di trazione del prototipo pilota AMP C.3 Unità di controllo basata su microcontrollori da 50 MIPS C.4 Interfacce di I/O e relativi driver software D Consolle di controllo D.1 Interfaccia fra il Controllo Missione e l Apollo Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 4

5 L ARCHITETTURA DEL SISTEMA AMP Decisione Pianificazione Attuazione Caratteristiche: Struttura stratificata e gerarchica Protocolli fra gli strati Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 5

6 LA SIMULAZIONE IN REALTA VIRTUALE (1) A. Base di conoscenza Livello 1 Uso classico della tecnologia RV A.1 Modello geometrico Piano di un edificio, formato da diverse stanze A.2 Piattaforma e sensore Oggetto con proprietà roto-traslatorie; fascio conico A.3 Rete delle traiettorie Array contenente l ID degli obiettivi parziali A.4 Regole di comportamento Algoritmi decisionali in presenza di eventi critici B. Pianificazione Livello 2 B.1 Traiettoria Algoritmo che fa uso dell array delle traiettorie B.2 Navigazione Operazioni tra due sub-target intermedi e gestione ostacoli C. Controllo eventi pianificati Livello 3 C.1 Attuazione e controllo eventi (*) (*) Livello non incluso nella simulazione Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 6

7 LA SIMULAZIONE IN REALTA VIRTUALE (2) Uso classico della RV Risultati Piattaforma in grado di seguire percorsi prestabiliti Gestione ostacoli elementari Interfaccia R.V. / V.S. RV OCX Visual S. Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 7

8 LA PIATTAFORMA APOLLO (1) Sottosistemi principali PSR6 Perceptio Motus Altri sistemi Display 2 X 16 Videocamera USB Caratteristiche Sistema ad hoc Protocolli robot/pc definiti nell architettura Economicità Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 8

9 LA PIATTAFORMA APOLLO (2) Il sistema PSR6 «Perceptio»: schema di principio Init Chirp SX 28 Max 232 Caratteristiche Echo ToF TTL EIA Dato seriale Range misurabile: 42 cm (ridotta a 29 con offset) 15 m Apertura fascio: 20 Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 9

10 LA PIATTAFORMA APOLLO (3) Il sistema PSR6 «Perceptio»: disposizione dei trasduttori Tecnica di Beam Splitting (fasci parzialmente sovrapposti) Fascio singolo Fasci parz. sovr. Dimensioni rilevate: 15,9 cm 7,9 cm Caratteristiche Aumento ris. angolare Aumento area frontale coperta (50 ) Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 10

11 LA PIATTAFORMA APOLLO (4) Il sistema di trazione «Motus» Impostazione movimenti Comando di calibrazione (stop) Movimento T IMP destro T IMP sinistro Centro=1500 μs vel_i=[10;200] μs Avanti Centro+vel_d Centro-vel_s Rot. destra Centro-vel_d Centro-vel_s Rot. sinistra Centro+vel_d Centro+vel_s vel_d = vel_s Controllo via seriale Max 232 SX 28 Dato seriale EIA TTL PWM Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 11

12 LA PIATTAFORMA APOLLO (5) Tech-Bot VR Apollo: il sistema completo (Proto 1.0) Sensori ultrasonici Moduli Polaroid 6500 Elettronica di controllo Display Hitachi HD Connettore di I/O Box di I/O e alimentazione Servomotori Futaba S-148 Connettori seriali RS 232 Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 12

13 Funzioni Controllo I/O (ser. e USB) Interpretazione dati telemetrici Filtraggio Passaggio dati al Controllo Missione Attuazione eventi Controllo Missione Controllo diretto dell Apollo Gestione sorgente video WDM-VFW LA CONSOLLE DI CONTROLLO (1) Uso innovativo della tecnologia RV Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 13

14 LA CONSOLLE DI CONTROLLO (2) Uso innovativo della tecnologia RV Distanza non filtrata Distanza filtrata Selezione simulazione Tempo di volo Selezione destinazione Filtro mediano Dimensioni rilevate Periodo di scansione Indicatore rilevamento Stato porte seriali Stato Apollo Indicatore manovra Guida da mouse Calibrazione Simulazione Guida da tastiera Attività Apollo Stop d emergenza Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 14

15 LA CONSOLLE DI CONTROLLO (3) Uso innovativo della tecnologia RV Selezione Video / Dati Selezione simulazione Frame Video WDM / VFW Selezione destinazione Dimensioni rilevate Periodo di scansione Indicatore rilevamento Stato porte seriali Stato Apollo Indicatore manovra Guida da mouse Calibrazione Simulazione Guida da tastiera Attività Apollo Stop d emergenza Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 15

16 IL SISTEMA DI GUIDA MANUALE Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 16

17 IL SISTEMA DI GUIDA AUTOMATICO Gestione traiettoria Gestione ostacoli Processi paralleli Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 17

18 PERCORSI PRESTABILITI: TRAIETTORIA A 45 Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 18

19 RILEVAMENTO OSTACOLO: BEAM SPLITTING (1) Dimensioni equivalenti Ostacolo rilevato da 1 o 2 sensori Riproduzione dell ostacolo Rilevamento ostacolo (dist. 45 cm) Riproduzione ostacolo (scala 1:1000) Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 19

20 RILEVAMENTO OSTACOLO: BEAM SPLITTING (2) Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 20

21 RILEVAMENTO OSTACOLO: SCANSIONE (1) Ostacolo rilevato da 3 sensori Contatori i_des e i_sin per la stima delle dimensioni (max=35) Booleani t_sin e t_des per individuare una via di fuga I CASO: t_sin=1, t_des=1 (due vie di fuga) i_sin=20, i_des=28 II CASO: t_sin=1, t_des=0 (una via di fuga) i_sin=20, i_des=35 Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 21

22 RILEVAMENTO OSTACOLO: SCANSIONE (2) Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 22

23 CONCLUSIONI Dimostrazione dell idea di base Tech-Bot VR Apollo Proto 2.0 Agenti Autonomi & Realtà Virtuale Risultati ottenuti Definizione dell architettura di sistema Realizzazione della simulazione Realizzazione del prototipo Apollo Implementazione del Controllo Missione Possibili sviluppi Sistema giroscopico/bussola elettronica Trasduttori maggiormente direzionali Algoritmi decisionali basati su soft computing Campi di applicazione: Guida automatica/assistita Automazione industriale Distribuzione in contesti noti Alessandro AMOROSO Progetto e realizzazione di un sistema di guida automatico tramite RV 23