Design, prototyping and testing of a tethered rover with advanced path planning for building inspection

This thesis concerns the design, prototyping, and experimental testing of a tethered rover for building inspection. The motivation for this research project stems from the need to carry out inspection works in environments which are difficult to reach for human operators. The use of drones and rovers simplifies these procedures, as the robots are small and manoeuvrable, so that it is possible for them to reach inaccessible points. Moreover, the presence of a cable removes the limit on the time usage that battery-powered rovers have: this feature allows to acquire data continuously in time. The rover needs a suitable path-planning algorithm to be autonomous, capable to create a safe path for the navigation inside an area with obstacles. Despite the cable gives a better performance concerning the work duration, it also carries out some additional constraints on the path-planning, as the algorithm needs to take into account the interaction between the cable and the obstacles. The aim of this thesis comes from the necessity to inspect houses built in the central zone of Italy, after the earthquake happened in Amatrice, in Lazio, in 2016. These houses, called SAE (\quotes{Soluzioni Abitative in Emergenza}), present some infiltration problems concerning the floor. The task of the rover is to be placed inside a gap under the floor and to control the environment's condition while moving inside it. This vehicle should be small enough to stay and move inside this tiny gap and should be equipped with sensor to collect data.

Questa tesi tratta la progettazione, la creazione di un prototipo e i test sperimentali di un rover con cavo per l'ispezione di edifici. Il motivo di questo progetto di ricerca deriva dalla necessità di eseguire ispezioni in ambienti difficili da raggiungere per gli operatori umani. L'uso di droni e di rover semplifica queste procedure, siccome i robot sono piccoli e manovrabili, così che è possibile per essi raggiungere punti inaccessibili. In più, la presenza di un cavo rimuove i limiti sul tempo di utilizzo che i rover a batteria hanno: questa caratteristica consente di acquisire dati con continuità nel tempo. Il rover necessita di un adeguato algoritmo di ricerca del percorso per essere autonomo, capace di creare un percorso sicuro per navigare dentro un'area con ostacoli. Anche se il cavo consente una prestazione migliore riguardo la durata del lavoro, comporta anche alcuni vincoli aggiuntivi sulla pianificazione del percorso, visto che l'algoritmo deve tenere in conto l'interazione tra il cavo e gli ostacoli. Lo scopo di questa tesi viene dalla necessità di ispezionare le case costruite nelle zone centrali dell'Italia dopo il terremoto accaduto ad Amatrice, nel Lazio, nel 2016.Queste case, chiamate SAE (\quotes{Soluzioni Abitative in Emergenza}) presentano qualche problema di infiltrazioni per quanto riguarda il pavimento. Il compito del rover è di essere inserito dentro un'intercapedine sotto il pavimento e di controllare le condizioni ambientali mentre si muove all'interno di essa. Questo veicolo deve essere abbastanza piccolo per stare e muoversi all'interno di questa piccola intercapedine e deve essere equipaggiato con sensori per acquisire i dati.