Un approccio basato sulla priorità delle attività per la manipolazione robotica mobile per operazioni sul campo pericolose

Abstract

Questa tesi illustra un sistema robotico sviluppato per affrontare le criticità legate allo sminamento umanitario, un problema diffuso che interessa numerosi Paesi. Sebbene sistemi robotici siano già stati impiegati nello sminamento, la bonifica sicura ed efficiente di mine sia metalliche sia a basso contenuto metallico in scenari reali rimane una sfida rilevante. Questo lavoro si concentra sul progetto AIDEDex, proponendo una soluzione specializzata per potenziare le capacità dei robot autonomi destinati allo sminamento.

Il nucleo di questa ricerca consiste nello sviluppo di un quadro di controllo completo per un manipolatore robotico integrato con il robot mobile PIAP Patrol. Il sistema è stato realizzato senza fare affidamento sulle interfacce ROS 2 esistenti né su librerie standard di cinematica inversa. Oltre al framework basato su "task priority", è stato implementato un modulo di rilevamento delle autocollisioni per prevenire movimenti non sicuri, un’interfaccia di visione artificiale per fornire feedback visivo nell’acquisizione e interazione con i target, e un meccanismo di cambio utensile per garantire un adattamento fluido a differenti esigenze operative. L’approccio pone particolare enfasi sull’applicabilità online, consentendo la generazione e l’adattamento in tempo reale delle traiettorie in risposta a variazioni ambientali o alle richieste della missione.

La validazione è stata condotta tramite approfondite simulazioni e test sperimentali, dimostrando l’efficace implementazione delle strategie proposte. Questa ricerca contribuisce con successo a un quadro di controllo di base che incrementa in maniera significativa la sicurezza, la precisione e l’efficienza dei sistemi robotici impiegati in operazioni di sminamento umanitario in ambienti ad alto rischio.

This thesis illustrates a robotic system developed to address the critical challenges of humanitarian demining, a pervasive issue affecting numerous countries. While robotic systems have already been employed for demining, the safe and efficient clearance of both metallic and low metal materials in mines in real world scenarios remains a significant challenge. This work focuses on the AIDEDex project, providing a specialized solution to enhance the capabilities of autonomous demining robots.

The core of this research is the development of a comprehensive control framework for a robotic manipulator integrated with the PIAP Patrol mobile robot. The system is developed without relying on existing ROS 2 interfaces or standard inverse kinematics libraries. In addition to the task priority framework, a self collision detection module safeguards against unsafe movements, a computer vision interface enables visual feedback for target acquisition and interaction, and a tool switching mechanism supports seamless adaptation to different operational requirements. The approach emphasizes online applicability, enabling real time trajectory generation and adjustment in response to environmental variations or mission demands.

Validation was done through exhaustive simulation and experimental testing, demonstrating the successful implementation of the proposed strategies. This research successfully contributes to a foundational control framework that significantly improves the safety, accuracy, and efficiency of robotic systems deployed in hazardous humanitarian demining operations.