System design and programming of an algorithm for safe indoors robot navigation

Robots as home assistant items will be more and more spread in everyday life due to better life conditions with a consequent ageing of the population, and a parallel progress of technology. This however can only be achieved if technology will reach the expectations and needs of consumers; up to now autonomous navigation systems can still be signi cantly improved. This thesis aims to provide and e cient and e ective security system for autonomous navigation that shall be a servo for a path-planning algorithm, more precisely it shall be a real time system that controls if the desired path presents obstacles (such as stairs, steps and slopes) that may damage the robot. The best approach in order to overcome some of these obstacles will be studied. At rst the focus will be on the best type of sensors to use in order to identify those obstacles and their strategical positioning on the robot, then an algorithm will be provided with the goal to exploit at best these sensors. Due to the di erent reactions of the sensors on di erent type of materials, the algorithm runs also a set-up phase in charge for calibrating the parameters needed for the operating part. This will be the supervisor and will indeed be in charge for the detection of the mentioned obstacles by confronting the calibrated parameters and the data received by the sensors. If possible it will overcame the obstacles, if not it will place the robot in a safe position for continuing the navigation. For example if the obstacle is a stair, the robot will move back, otherwise if the obstacle is a doorstep the robot will be able to climb up or down by, if needed, aligning itself next to the step. More over since during the trials, some slippage while climbing the doorstep was detected, an empirically based traction control has been provided.

A fronte del crescente invecchiamento della popolazione e del parallelo progredire della tecnologia, la diffusione dei robot in veste di assistenti nella vita quotidiana diventerà a un paradigma sempre pi u comune. Questo fenomeno non può prescindere da un allineamento dello stato attuale della tecnica alle aspettative ed alle necessita del consumatore. Ad oggi i sistemi di navigazione autonoma presentano ancora delle lacune. Lo scopo di questa tesi e fornire un sistema di sicurezza efficiente ed affidabile per la navigazione autonoma al servizio degli algoritmi che pianificano le traiettorie per un robot mobile. Si vuole infatti fornire un metodo che operi in tempo reale per poter controllare se il tragitto che viene percorso presenti degli ostacoli - quali scale o scalini e rampe - che possano danneggiare il robot e per alcuni di questi si vuole valutare il miglior approccio ai fini di un eventuale superamento. La tesi analizzerà quindi la miglior tipologia di sensore per identificare tali ostacoli ed il posizionamento strategico di questi ultimi. Fornir a inoltre un algoritmo per sfruttare al meglio i sensori, composto da una fase di set up in cui vengono tarati i parametri necessari e una fase di supervisione, adibita all'individuazione e controllo. L'algoritmo dovrà infatti individuare ed identificare sulla base dei dati ricevuti dai sensori, un insieme di potenziali situazioni critiche date degli ostacoli definiti e dovrà infine riportare il robot in una posizione dalla quale la navigazione possa procedere in sicurezza. Ad esempio nel caso ci si trovi davanti ad una scala il robot si muover a indietro, nel caso invece ci si trovi davanti ad uno scalino il robot scender a o si arrampicherà. Questi ultimi due comportamenti sono stati analizzati nel dettaglio, cercando di allineare il robot all'ostacolo da superare. Inoltre poichè durante l'arrampicamento sono stati riscontrati dei casi di mancato superamento dell'ostacolo, e previsto un controllo di trazione che assicuri l'arrampicamento. Questo controllo e basato su considerazioni empiriche sia per motivi pratici che al ne di non far crescere il costo di un prodotto potenzialmente commerciabile.