Nuove Tecniche di Stima e Controllo per Robot Mobili nel Mondo Reale

This thesis deals with the technology transfer of the most recent findings in the mobile robotics field into applications into real world industries and service applications. Specifically the presented research has been done in the framework of two projects: DiRò and REMOCAL. The main scope of the DiRò (Distretto della Robotica Mobile) project is to create a collaboration between companies of the province of Reggio Emilia with the objective to develop new solution in the framework of the Mobile Robotics. This thesis focuses mainly on three development objectives of this project. First the design of a smart autonomous lawnmower, and in particular its localization algorithm, is described in this thesis. The robot uses a particular implementation of the Extended Kalman Filter (EKF) for localizing itself in the garden. Then a novel navigation strategy has been implemented, in order to make the robot doing its mowing task ensuring a complete and even coverage of the assigned working area. Then the characterization of 3D sensors is discussed. In particular a comparison between a stereo–camera (a Bumblebee2 stereo–camera) and an RGB–D sensor (the Microsoft Kinect) is presented. Then the performance of the two sensors is tested through a localization algorithm based on an EKF. The Dir`o project discussion eventually ends with the design of a novel lead–acid batteries State of Charge (SoC) estimator also based on the EKF algorithm. Finally the REMOCAL (Robotic Equipment for Measuring by Optics Calibrator) project is described. The project consists of the design and the realization of a mobile robot able to autonomously calibrate a car tyres convergence measurement device. In this manuscript both the mechanical design of the robot and the development of the software which controls the robot are reported.

Questa tesi tratta del trasferimento tecnologico delle più recenti scoperte nel settore della robotica mobile in applicazioni industriali e di servizio nel mondo reale. Nello specifico, le ricerche presentate sono state svolte nel framework di due progetti: il progetto DiRò e il progetto REMOCAL. Lo scopo del progetto DiRò (Distretto della Robotica Mobile) è di creare una collaborazione fra alcune aziende della provincia di Reggio Emilia con l’obiettivo di sviluppare nuove soluzioni nell’ambito della robotica mobile. Questa tesi tratta principalmente di tre obiettivi realizzativi di questo progetto. In questa tesi verrà per prima cosa affrontata la progettazione di un tosaerba automatico e, in particolare, del suo algoritmo di localizzazione. Il robot usa una particolare implementazione dell’ Extended Kalman Filter (EKF) per localizzarsi nel giardino. Quindi è implementata una innovativa strategia di navigazione che fa sì che il robot possa affrontare il suo compito di tosatura assicurando una copertura uniforme e completa del prato. Dopodiché viene discussa la caratterizzazione di sensori di visione 3D. In particolare è presentato il confronto di una stereo–camera (Bumblebee2) e un sensore RGB–D (il Kinect Microsoft). Le performance dei due sensori sono testate con un algoritmo di localizzazione basato su un EKF. La discussione sul progetto DiRò termina con la progettazione di un innovativo sistema per la stima dello Stato di Carica di batterie al piombo, anch’esso basato sull’ EKF. Infine viene descritto il progetto REMOCAL (Robotic Equipment for Measuring by Optics Calibrator). Esso consiste nella progettazione e nella realizzazione di un robot mobile capace di calibrare autonomamente un dispositivo di misura della convergenza dei pneumatici per automobili. In questo documento sono riportati sia la progettazione meccanica che la progettazione del software di controllo del robot.