Valutazione dei path come criterio per l'esplorazione robotica

The work presented in this thesis is placed in the area of autonomous mobile robotics. In this field, scientific research deals with the development of artificial agents able to move in an environment, either simulated or real, independently from human users. The system proposed in this thesis can be applied in a context of Urban Search And Rescue (USAR). In these situations, encountered after natural disasters or accidents, it is necessary to look for any survivors or victims inside environments affected by earthquakes, fires, collapses, or others disasters. In such a case, the use of autonomous or semi-autonomous robotic agents can lead to numerous benefits by removing or limiting the risks associated with the direct intervention of human rescuers, safeguarding their lives. The purpose of this thesis is the design and implementation of an algorithm for the exploration of indoor environments with a single autonomous agent, that focuses on the generation and evaluation of the possible paths to reach the next observation positions. This contrasts with the mainstream approach in the literature that only considers the evaluation of the observation positions. Our approach allows the robot to choose between the possible paths the one that maximizes the information that is expected to be obtained during the movement. The choice is made by taking into account different criteria and trying to balance factors such as the length of the path, the battery consumption, and the perceived area. The experimental results suggest that our proposed exploration algorithm can lead to benefits in some types of environments, especially in those characterized by large rooms with the presence of several obstacles which prevent the complete view of the rooms without moving inside them.

Il lavoro svolto in questa tesi di laurea si colloca nell’ambito della robotica mobile autonoma. In questo campo, la ricerca scientifica si occupa di sviluppare agenti robotici artificiali in grado di muoversi autonomamente in un ambiente, sia esso simulato o reale. Il sistema proposto in questa tesi si riferisce principalmente ad un contesto di Urban Search And Rescue (USAR). In questo tipo di situazioni, generate in seguito a disastri naturali o incidenti, si rende necessario cercare eventuali vittime o superstiti all’interno dell’ambiente colpito da terremoti, incendi, crolli di abitazioni o altri disastri. In questi contesti, l’utilizzo di agenti robotici autonomi o semi-autonomi può portare a numerosi benefici, eliminando o limitando i rischi legati ad un intervento diretto dei soccorritori e salvaguardando la loro vita. Lo scopo di questo lavoro di tesi è l’implementazione di un algoritmo per l’esplorazione di ambienti interni con singolo agente autonomo, che valuta i percorsi per raggiungere le prossime posizioni di osservazione e non solo quest’ultime, come avviene usualmente in letteratura. Questo permette al robot di scegliere tra i percorsi possibili quello che massimizza le informazioni ottenibili durante il movimento. La scelta viene effettuata tenendo in considerazione diversi criteri e cercando di bilanciare fattori come la lunghezza del percorso, il consumo della batteria e l’area percepibile lungo il percorso stesso. I risultati sperimentali ottenuti sembrano dimostrare che l’algoritmo di esplorazione dai noi implementato può portare a dei benefici in alcune tipologie di ambienti, in particolare in quelli caratterizzati da grandi stanze con la presenza di numerosi ostacoli che rendono difficile la percezione completa di tali stanze da un unico punto al loro interno.