Implementazione di pianificatori di percorsi basati su campionamento per la pianificazione del moto di un manipolatore a sette gradi di libertà

Il presente elaborato nasce dall’esigenza emersa dal mondo agricolo di impiegare tecnologie robotiche innovative per supportare le operazioni tradizionali svolte dall’uomo e renderle più efficienti. L’agricoltura di precisione, in questo senso, permette di raccogliere dati, elaborarli e analizzarli al fine di adoperare opportune strategie volte all’ottimizzazione della gestione delle attività agricole nonché all’aumento della qualità dei prodotti e alla massimizzazione della produttività del suolo. ??L’obiettivo specifico del presente elaborato è quello di implementare un braccio robotico collaborativo su di una piattaforma mobile dedicata all’agricoltura di precisione. A tale scopo, si è effettuata un’analisi dei pianificatori di traiettorie presenti nella libreria open-source OMPL (acronimo di Open Motion Planning Library), i quali si basano su metodi probabilistici per la generazione di percorsi privi di collisioni, nel rispetto di eventuali vincoli cinematici imposti dalla struttura del manipolatore. La base mobile su cui il manipolatore è stato installato è il prototipo “Agri.q02”: un rover a due moduli e otto ruote motrici dotato di un pannello solare orientabile, progettato presso il dipartimento di Ingegneria Meccanica del Politecnico di Torino per attività di agricoltura di precisione. Tra le sue varie peculiarità, il pannello fotovoltaico del rover permette di immagazzinare l’energia solare e consente l’atterraggio di droni volanti. L’implementazione di un manipolatore seriale su di una piattaforma mobile permette, nell’ambito dell’agricoltura di precisione, di svolgere alcune attività tipiche del mondo dell’agricoltura tradizionale, quali: -??Il campionamento e monitoraggio di terreni; -??La somministrazione mirata e localizzata di fertilizzanti; -??La raccolta a fini di campionamento del raccolto. Il cobot (abbreviazione di collaborative robot, ovvero robot collaborativo) impiegato è stato il modello Jaco2 a sette gradi di libertà prodotto dall’azienda Kinova, modellato e comandato in ambiente ROS (Robotic Operating System) al fine di svolgere operazioni di raccolta di grappoli d’uva ed oggetti della medesima grandezza. Lo studio è stato condotto riproducendo l’ambiente di lavoro del manipolatore e testando diversi algoritmi di pianificazione del moto al fine di individuarne il più efficace per l’applicazione specifica. A tal scopo, sono state svolte oltre 250 prove, distribuite su diversi pianificatori single e multi-query, e sono stati valutati i seguenti parametri: -??Indice di successo di pianificazione; -??Tempo computazionale per la pianificazione del moto. Per il singolo pianificatore con i migliori parametri di valutazione, inoltre, è stato individuato il dominio, all’interno dell’area di lavoro del manipolatore, nel quale l’indice di successo del processo di pianificazione si mantiene superiore al 90%. L’elaborato fornirà, inizialmente, un breve cenno sullo stato dell’arte in merito all’agricoltura di precisione. Successivamente, presenterà alcuni cenni relativi agli algoritmi di pianificazione del moto per manipolatori articolati: rispetto a questi ultimi sarà, inoltre, narrato il principio di funzionamento del meta-sistema operativo ROS, strumento impiegato per il controllo. Negli ultimi capitoli, infine, verrà descritta nel dettaglio la metodologia utilizzata per l’esecuzione delle prove che hanno portato a individuare un pianificatore ottimale rispetto a tempo computazionale ed indice di riuscita per la specifica applicazione.