Progettazione e sviluppo di sistemi robotici mobili: dalla service robotics alla field robotics

This thesis describes the research activity carried out to develop innovative strategies in ``Service Robotics" and ``Field Robotics" applications. In particular, the thesis was significantly shaped by the contingencies imposed by the COVID-19 pandemic, influencing both its content and the incorporation of simulation methods as a preliminary phase to prototyping within research processes. In the initial hypotheses of this research, four essential requirements are identified. These prerequisites are crucial to achieving significant results in the field of end-user experiences, guiding the development paths of each robotic system. Specifically, safety and reliability are key considerations for service robotics, while robustness and redundancy take precedence in the field robotics domain. To obtain optimal results it is necessary to conduct a targeted analysis, which ranges from the first phases of scenario analysis to the testing and post-test analysis phases. The works under examination involve in development of robotic systems, obtained through successive and distinct phases. These include the creation of an active and adaptive walker designed to assist the elderly and people with walking difficulties. Additionally, there is the creation of an autonomous and adaptive system capable of consistently executing UltraViolet-based disinfection in environments where the presence of people is expected and therefore it is necessary to establish protocols for the safe activation of UV lamps. Another notable advancement involves the formulation of a multi-robot system adept at scanning and identifying individuals contaminated with COVID-19. Moreover, the document outlines a dynamic workshop experience centered on ``Smart solutions for enhanced mission readiness of military unmanned vehicles (UxV)." This workshop, organized by NATO STO, underscores the significant value derived from the interaction between the academic realm and end-user perspectives.

Questa tesi narra il percorso di ricerca intrapreso per sviluppare approcci innovativi nelle applicazioni di "Service Robotics" e "Field Robotics". La sua trama è profondamente intrecciata con le sfide imposte dalla pandemia di COVID-19, che hanno plasmato sia i contenuti che l'integrazione di metodi simulativi come fase preliminare alla prototipazione nei processi di ricerca. All'inizio della ricerca sono stati identificati quattro requisiti essenziali, fondamentali per ottenere risultati significativi nel campo delle esperienze degli utenti finali, delineando le strade di sviluppo per ciascun sistema robotico. Sicurezza e affidabilità emergono come considerazioni chiave per la robotica di servizio, mentre robustezza e ridondanza assumono la priorità nel dominio della robotica sul campo. Per conseguire risultati ottimali, è imperativo condurre un'analisi mirata che attraversi le varie fasi, partendo dall'analisi di scenario fino ai test e all'analisi post-test. I progetti esaminati comprendono lo sviluppo di sistemi robotici progressivi, come un deambulatore attivo e adattivo per assistere anziani e persone con difficoltà motorie. In parallelo, sta emergendo un sistema autonomo e adattivo per la disinfezione con raggi ultravioletti in ambienti frequentati da persone, richiedendo l'implementazione di protocolli sicuri per l'attivazione delle lampade UV. Un passo avanti notevole riguarda la creazione di un sistema multi-robot capace di individuare individui contaminati da COVID-19. Inoltre, il documento delinea un workshop dinamico incentrato su "Soluzioni intelligenti per una maggiore prontezza di missione dei veicoli militari senza pilota (UxV)". Questo workshop, organizzato dalla NATO STO, sottolinea l'importanza cruciale dell'interazione tra il mondo accademico e le prospettive finali degli utenti.