Monitoraggio in tempo reale di dispositivi robotici tramite i sensori di uno smartphone e l'utilizzo del framework ROS = Real-time monitoring of robotic devices by using smartphones sensors and the ROS framework

Nell'ambito della robotica, l’attività di monitoraggio risulta fondamentale per il funzionamento dell’intero sistema, sia esso controllato da un essere umano o da un algoritmo programmato per decidere in maniera autonoma. In questo contesto, con monitoraggio si intende quel processo continuo, o svolto a intervalli regolari, che ha lo scopo di acquisire le informazioni provenienti dalle varie parti del sistema robotico, nello specifico i sensori, utili per poter esercitare un controllo efficace su di esso. Durante questa attività di tesi, l’obbiettivo è stato quello di esplorare le possibilità e le soluzioni adatte a svolgere il monitoraggio, analizzando le funzionalità del frame-work: ROS. Per fare ciò, è stato necessario capire la logica utilizzata all'interno di quest’ultimo nell'interfacciarsi con i vari moduli, ponendo particolare enfasi sull'infrastruttura di comunicazione e sui formati utilizzati per i dati; focalizzandosi in seguito su quelli multimediali, in particolare le immagini. In seguito, si è cercato di mettere in pratica le nozioni acquisite, attraverso lo sviluppo di un’applicazione Android basata su ROS che ha lo scopo di fornire un supporto concreto al monitoraggio remoto. Essa consente di acquisire una grande varietà di informazioni, grazie ai vari sensori presenti sui dispositivi odierni, utili per fornire un supporto aggiuntivo e a basso costo per le operazioni di controllo, nel momento in cui lo smartphone viene messo a bordo di un qualsiasi tipo di drone o rover. Si è quindi cercato di evidenziare le varie criticità dovute sia ai limiti computazionali e di reattività tipici dei dispositivi mobili, sia alle caratteristiche della rete. Questi elementi possono determinare un aumento delle latenze o la perdita dei dati, tollerabili entro un certo limite, nel caso di controllo real-time. Attualmente, l'applicazione consente di acquisire informazioni relative alla cinematica utilizzando: accelerometro, giroscopio, magnetometro e il servizio di localizzazione. Tuttavia, il monitoraggio può anche coinvolgere l’ambiente circostante in cui il robot si muove, per tale motivo vengono acquisiti i dati riguardanti: temperatura, pressione e illuminamento; oltre ad informazioni relative alla rete cellulare, al Wi-Fi e alla batteria. L’applicazione consente anche la visualizzazione da remoto delle immagini acquisite dalle fotocamere utilizzando le codifiche: JPEG e H264. Inoltre, sono stati definiti i vari ROS Service che permettono di regolare i parametri associati ad esse. Durante la fase di sviluppo, sono stati introdotti nuovi tipi di messaggi ROS per il trasporto di informazioni associate alle classi Android, tra cui quelli specifici per il GNSS. È stato possibile sfruttare questi ultimi per la condivisione e l’elaborazione di un insieme di informazioni dettagliate ottenute dai satelliti, note con il nome di “raw measurements” (disponibili negli smartphone più recenti). Questi, se utilizzati in modo appropriato, potrebbero costituire una nuova frontiera nello sviluppo di applicazioni per il posizionamento ad alta precisione, dalle quali molti sistemi robotici potrebbero trarre grande vantaggio. Infine, l’ultima parte ha riguardato le prove con il rover Clearpath Jackal, queste si sono rivelate particolarmente utili per poter verificare in un contesto reale le difficoltà e i limiti che ci ritrova a dover affrontare nello sviluppo di questo tipo di applicazioni.