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MISTRAL

Metodologie e Integrazione di Sottosistemi e Tecnologie per la Robotica Antropica e la Locomozione
Methodologies and Integration of Subsystems and Technologies for Anthropic Robotics and Locomotion
 
General Program

MINISTERO DELL'UNIVERSITÀ E DELLA RICERCA SCIENTIFICA E TECNOLOGICA
DIPARTIMENTO AFFARI ECONOMICI
PROGRAMMI DI RICERCA SCIENTIFICA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE
RICHIESTA DI COFINANZIAMENTO

(DM n. 10 del 13 gennaio 2000)
PROGRAMMA DI RICERCA - MODELLO A
Anno 2000 - prot. MM09184515


Parte: I
1.1 Programma di Ricerca di tipo: interuniversitario

Area Scientifico Disciplinare: Ingegneria Industriale e dell'informazione

1.2 Titolo del Programma di Ricerca

Testo italiano

MISTRAL: Metodologie e Integrazione di Sottosistemi e Tecnologie per la Robotica Antropica e la Locomozione

Testo inglese

MISTRAL: Methodologies and Integration of Subsystems and Technologies for Anthropic Robotics and Locomotion

1.3 Abstract del Programma di Ricerca

Testo italiano

Il programma di ricerca si propone di coordinare gli sforzi di una parte della comunità robotica italiana per la realizzazione di sistemi robotici operanti in ambienti antropici in cui l'interazione tra uomo e macchina assume un ruolo cruciale. Applicazioni significative di tali sistemi riguardano la robotica avanzata in ambienti ostili (spaziale, sottomarino, terreni contaminati) e la robotica di servizio per usi civili (medicina, assistenza ai disabili, aiuto domestico). Particolare enfasi sarà posta sullo sviluppo di nuove metodologie e sull'integrazione di sottosistemi e tecnologie per strutture articolate e veicoli di locomozione. Temi di ricerca di rilievo per l'esecuzione del programma includono problematiche di manipolazione, interazione con l'ambiente, sensoristica, teleoperazione, stutture robotiche multiarticolate, architetture hardware/software e locomozione.

Testo inglese

The goal of the research program is to coordinate the efforts of a part of the national robotics community toward the realization of robotic systems operating in anthropic environments, where man-machine interaction attains a crucial role. Significant applications of such systems regard advanced robotics in hostile environments (space, underwater, contaminated fields) and service robotics for civil use (medicine, disabled assistance, domestic aids). Special emphasis will be paid to development of new methodologies as well as integration of subsystems and technologies for articulated structures and mobile vehicles. Relevant themes for the execution of the program include manipulation, interaction with the environment, sensors, teleoperation, multiarticulated robotic structures, hardware/software architectures and locomotion.

1.4 Durata del Programma di Ricerca: 24 mesi

1.5 Settori scientifico-disciplinari interessati dal Programma di Ricerca

K04X K05A


1.6 Parole chiave

Testo italiano
ROBOTICA ANTROPICA ; MANIPOLAZIONE ; INTERAZIONE CON L'AMBIENTE ; SENSORISTICA ; TELEOPERAZIONE ; STRUTTURE ROBOTICHE MULTIARTICOLATE ; ARCHITETTURE HARDWARE/SOFTWARE ; LOCOMOZIONE

Testo inglese
ANTHROPIC ROBOTICS ; MANIPULATION ; INTERACTION WITH ENVIRONMENT ; SENSORS ; TELEOPERATION ; MULTIARTICULATED ROBOTIC STRUCTURES ; HARDWARE/SOFTWARE ARCHITECTURES ; LOCOMOTION


1.7 Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
SICILIANO BRUNO  
(cognome) (nome)  



Professore associato 27/10/1959 SCLBRN59R27F839H
(qualifica) (data di nascita) (codice di identificazione personale)



Università degli Studi di NAPOLI "Federico II" Facoltà di INGEGNERIA
(università) (facoltà)
K04X Dipartimento di INFORMATICA E SISTEMISTICA
(settore scient.discipl.) (Dipartimento/Istituto)



081/7683179 081/7683186 siciliano@unina.it
(prefisso e telefono) (numero fax) (E-mail)


1.8 Curriculum scientifico

Testo italiano

Bruno Siciliano è nato a Napoli il 27 Ottobre 1959. Ha conseguito la Laurea in Ingegneria Elettronica all'Università di Napoli nel 1982 e il titolo di Dottore in Ricerca nel 1987. Dal 1987 lavora presso la Facoltà di Ingegneria all'Università di Napoli dove attualmente è Professore Associato di Robotica Industriale nel Dipartimento di Informatica e Sistemistica. Di recente ha conseguito l'idoneità a Professore Ordinario di Automatica. I suoi interessi di ricerca riguardano le tecniche di inversione cinematica, il controllo di manipolatori ridondanti, la modellistica e il controllo di bracci flessibili, il controllo di forza e posizione e i robot cooperanti. Ha pubblicato più di 150 articoli su rivista e a congresso e 3 libri sul controllo dei robot. E` stato Associate Editor di IEEE Transactions on Robotics and Automation dal 1991 al 1994 e di ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control dal 1994 al 1998. Fa parte dei comitati editoriali di Robotica e JSME International Journal. E` Fellow di IEEE e Associate Member di ASME. Ha ricoperto cariche rappresentative nell'ambito di IEEE Robotics and Automation Society: Administrative Committee Member dal 1996 al 1999, Vice-President for Publications nel 1999 e Vice-President for Technical Activities dal 2000. Dal 1996 al 1999 ha presieduto Technical Committee on Manufacturing and Automation Robotic Control di IEEE Control Systems Society. Ha presieduto comitati scientifici di numerosi convegni IEEE e ASME.

Testo inglese

Bruno Siciliano was born in Naples, Italy, on October 27, 1959. He received the Laurea degree and the Research Doctorate degree in electronic engineering from the University of Naples in 1982 and 1987, respectively. Since 1983 he is with the University of Naples, where he is currently an Associate Professor of Robotics in the Department of Computer and Systems Engineering. He has recently been promoted to Professor. His research interests include inverse kinematics, redundant manipulator control, modelling and control of flexible arms, force/motion control and cooperative robots. He has published more than 150 journal and conference papers and 3 books on robot control. He has served as an Associate Editor of the IEEE Transactions on Robotics and Automation from 1991 to 1994, and of the ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control from 1994 to 1998. He is on the Editorial Boards of Robotica and the JSME International Journal. He is a Fellow of IEEE and a Member of ASME. He has held representative positions within the IEEE Robotics and Automation Society: Administrative Committee Member from 1996 to 1999, Vice-President for Publications in 1999, and Vice-President for Technical Activities since 2000. From 1996 to 1999 he has been Chair of the Technical Committee on Manufacturing and Automation Robotic Control of the IEEE Control Systems Society. He has served as chair or co-chair for numerous programs in IEEE and ASME international conferences.

1.9 Pubblicazioni scientifiche più significative del Coordinatore del Programma di Ricerca
  1. SCIAVICCO L., SICILIANO B., "Modelling and Control of Robot Manipulators, 2nd Edition" , ISBN/ISSN: 1-85233-221-2 , (2000) Springer-Verlag, London, UK .
  2. SICILIANO B., VILLANI L., "Robot Force Control" , ISBN/ISSN: 0-7923-7733-8 , (1999) Kluwer Academic Publishers, Boston, MA .
  3. CACCAVALE F., NATALE C., SICILIANO B., VILLANI L., "Six-DOF impedance control based on angle/axis representations" , Rivista: IEEE Transactions on Robotics and Automation , Volume: 15 , pp.: 289-300 , ISBN/ISSN: 1042-296X , (1999) .
  4. CHIAVERINI S., SICILIANO B., VILLANI L., "A survey of robot interaction control schemes with experimental comparison" , Rivista: IEEE/ASME Transactions on Mechatronics , Volume: 4 , pp.: 273-285 , ISBN/ISSN: 1083-4435 , (1999) .
  5. SICILIANO B., "Closed-loop inverse kinematics algorithms for constrained flexible manipulators under gravity" , Rivista: Journal of Robotic Systems , Volume: 16 , pp.: 353-362 , ISBN/ISSN: 0741-2223 , (1999) .

1.10 Elenco delle Unita' di Ricerca

Responsabile scientifico Qualifica Settore
disc.
Università Dipart./Istituto Mesi
uomo
1.   SICILIANO BRUNO   Prof. associato   K04X   NAPOLI   INFORMATICA E SISTEMISTICA   106  
2.   DE LUCA ALESSANDRO   Prof. associato   K04X   ROMA "La Sapienza"   INFORMATICA E SISTEMISTICA   137  
3.   NICOSIA SALVATORE   Prof. ordinario   K04X   ROMA "Tor Vergata"   INFORMATICA, SISTEMI E PRODUZIONE   86  
4.   MELCHIORRI CLAUDIO   Prof. associato   K04X   BOLOGNA   ELETTRONICA, INFORMATICA E SISTEMISTICA   65  
5.   BONA BASILIO   Prof. ordinario   K04X   POLITECNICO TORINO   AUTOMATICA E INFORMATICA   86  
6.   BICCHI ANTONIO   Prof. associato   K04X   PISA   SISTEMI ELETTRICI E AUTOMAZIONE   120  
7.   MAGNANI GIANANTONIO   Prof. associato   K04X   POLITECNICO MILANO   ELETTRONICA E INFORMAZIONE   51  


1.11 Mesi uomo complessivi dedicati al programma

  mesi uomo
Personale universitario dell'Università sede dell'Unità di Ricerca (docenti) 227
Personale universitario dell'Università sede dell'Unità di Ricerca (altri) 59
Personale universitario di altre Università (docenti) 49
Personale universitario di altre Università (altri) 36
Titolari di assegni di ricerca 0
Titolari di borse dottorato e post-dottorato 168
Personale a contratto 112
Personale extrauniversitario 0
Totale 651


Parte: II
2.1 Obiettivo del Programma di Ricerca

Testo italiano

Dopo il grande sviluppo delle applicazioni robotiche negli anni '70/'80, principalmente legato a impieghi industriali e nella fabbrica automatica, la tendenza emergente dei mercati e della ricerca robotica pare orientarsi ad applicazioni diverse, in cui più stretta sia l'interazione della macchina con l'uomo. Con la terminologia Robotica Antropica si intende lo studio delle metodologie e delle tecnologie per la realizzazione di macchine automatiche che operino servizi in ambienti coabitati con l'uomo. Quest'ultimo è da pensarsi non più esclusivamente come operatore-programmatore fuori-linea della macchina-robot, ma piuttosto come sistema interagente con la macchina attraverso diverse modalità. Esempi significativi includono robot assistenti all'operatore umano (in chirurgia), robot cooperanti ed esoscheletri per migliorare le prestazioni o ridurre l'affaticamento e i danni da lavoro manuale, interfacce tattili verso ambienti simulati e di realtà virtuale, teleoperazione per ambienti ostili (sottomarino, spazio), sistemi di agenti autonomi (anche misti uomo-robot), robot per l'intrattenimento (umanoide o robot zoomorfi giocattolo).
I temi di ricerca da sviluppare per raggiungere la possibilità di avere una sicura ed efficace coabitazione uomo-robot sono di svariata natura e di portata scientifica rilevante. La vastità e l'impegno dei temi richiedono competenze specifiche relative a problematiche di manipolazione, interazione con l'ambiente, sensoristica, teleoperazione, stutture robotiche multiarticolate, architetture hardware/software e locomozione. Pertanto, il compito di preparare il terreno alla realizzazione di sistemi robotici antropici è arduo e non può coinvolgere che un numero congruo di ricercatori con forte e complementare preparazione scientifica nei diversi settori. L'attività di ricerca in tale direzione comporta sforzi sinergici tali da permettere una effettiva integrazione dei risultati, piuttosto che una generica giustapposizione.
Obiettivo del programma di ricerca MISTRAL è lo sviluppo di nuove metodologie e l'integrazione di sottosistemi e tecnologie per strutture articolate e veicoli di locomozione. Le Unità partecipanti a questo programma costituiscono una parte consistente, non solo per numero ma anche per qualità, della comunità robotica italiana; i ricercatori impegnati hanno contribuito al successo del precedente programma di ricerca RAMSETE (Robotica Articolata e Mobile per i SErvizi e le TEcnologie) co-finanziato dal MURST nel '98 e oggetto di monitoraggio (con giudizio particolarmente positivo), di cui il programma proposto è la naturale evoluzione.
Le ricerche hanno come finalità principale quella di approfondire gli aspetti scientifici e tecnici già noti ai proponenti, di evidenziarne di nuovi in itinere e di ottenere, rispetto al corrente stato dell'arte delle conoscenze robotiche, progressi significativi suscettibili di applicazioni. Importante sarà l'aspetto realizzativo riferito, tuttavia, non a sistemi robotici completi ma a sottosistemi di servizio. In particolare, si intende perseguire un incremento della conoscenza relativa all'integrazione di metodologie e tecnologie per la robotica antropica e la locomozione.


RISULTATI PREVISTI
  • La realizzazione di sottosistemi per strutture robotiche multiarticolate e robot mobili con l'impiego di leggi di controllo e sensori avanzati, algoritmi di pianificazione delle azioni e del moto, e tecniche di manipolazione fine.

  • La realizzazione di una struttura di collegamento dei laboratori attraverso rete informatica, che consenta l'accesso virtuale ai laboratori di robotica, con possibilità di mantenere aggiornato in tempo reale lo stato dell'arte della ricerca e, in alcuni casi, l'accesso remoto a dispositivi sperimentali.

  • Due convegni sulla robotica antropica e la locomozione, da tenersi con cadenza annuale in occasione di conferenze internazionali nel settore, con pubblicazione degli atti.

  • La disseminazione dei risultati attraverso una monografia su "Metodologie e Integrazione di Sottosistemi per la Robotica Antropica e la Locomozione", edito dal Coordinamento del Programma, composto da capitoli scritti sotto la responsabilità dei Responsabili Scientifici delle Unità. Il testo, che sarà proposto per la pubblicazione a cura di casa editrice internazionale, ha l'ambizione di costituire una fonte affidabile e autorevole per gli studiosi e gli applicatori della robotica antropica nei prossimi anni.



ARTICOLAZIONE DEL PROGRAMMA DI RICERCA

I compiti assegnati a sistemi robotici antropici comprendono la gestione delle azioni di manipolazione e di locomozione in ambienti coabitati dall'uomo, nonché la gestione dell'interazione con ambienti a scarsa strutturazione e tra diversi agenti robotici. Tali compiti sono stati analizzati nel dettaglio nella preparazione della presente proposta, giungendo alla individuazione di competenze metodologiche e tecnologiche che si ritengono indispensabili alla realizzazione effettiva di robot operanti in ambienti antropici. Le competenze sono state articolate in sette Temi di ricerca, assegnando funzioni di coordinamento a ciascuna delle sette Unità, come dettagliato nel seguito. Per ciascuna Unità viene anche indicato il sito Web nel quale si trovano utili informazioni su laboratori, attrezzature sperimentali e pubblicazioni scientifiche dei ricercatori partecipanti al programma.


Tema MANIP: Manipolazione - Coordinamento UNINA: Università di Napoli Federico II http://disna.dis.unina.it/prisma


Tema INTER: Interazione - Coordinamento POLITO: Politecnico di Torino  http://ladiserver1.polito.it/robotica/labrob/


Tema SENS: Sensoristica - Coordinamento UNIROMA2: Università di Roma "Tor Vergata" http://www.disp.uniroma2.it/~robotica/index.htm


Tema TELE: Teleoperazione - Coordinamento UNIBO: Università di Bologna http://www-lar.deis.unibo.it


Tema ROBO: Sistemi Robotici Multiarticolati - Coordinamento UNIROMA1: Università di Roma "La Sapienza" http://labrob.ing.uniroma1.it/


Tema ARCH: Architetture Hardware/Software - Coordinamento POLIMI: Politecnico di Milano http://131.175.16.168/


Tema LOCOM: Sistemi di Locomozione - Coordinamento UNIPI: Università di Pisa http://www.piaggio.ccii.unipi.it/


La sequenza dei temi (il cui acronimo restituisce quello del titolo del programma: MISTRAL) ricopre interamente i contenuti del programma e la funzione di coordinamento è stata assegnata a ciascuna Unità in base alle esperienze pregresse e agli interessi attuali di ricerca. La coesione tra i vari temi è suffragata non solo dalla naturale condivisione di aspetti metodologici e tecnologici, ma è anche garantita da una struttura a matrice che vede più Unità impegnate su ciascun Tema di ricerca, come dettagliato nella Descrizione al punto 2.4.
Ulteriori informazioni sulla struttura di MISTRAL saranno aggiornate sul sito Web http://www-lar.deis.unibo.it/mistral già disponibile in rete, che consente l'accesso ai siti delle varie Unità.

Testo inglese

After the big development of robotic applications in the '70/'80's, mainly related to industrial applications and flexible manufacturing systems, an emerging trend in the markets as well as in robotics research is to look for different applications, where man-machine interaction becomes tighter. By the term Anthropic Robotics it is meant the study of methodologies and technologies toward the realization of automatic machines providing services in environments cohabited by human beings. The human being is to be conceived not exclusively as an operator programming off-line the robot, but rather as a system interacting with the machine by means of different modes. Significant examples include human robot assistants (surgery), cooperating robots ("cobots") and human extenders aimed at improving performance or reducing fatigue or damage due to manual labour, haptic interfaces for simulated environments and virtual reality, teleoperation in hostile environments (subsea, space), autonomous agent teams (also men-robots), entertainment robots (humanoid or animal robot toys).
The research themes to be developed to achieve a safe and effective man-robot cohabitation are of disparate nature and relevant scientific impact. The vastness and commitment of such themes demand specific expertise about topics such as manipulation, interaction with the environment, sensors, teleoperation, multiarticulated robotic structures, hardware/software architectures and locomotion. Therefore, the mission to prepare the field for the realization of anthropic robotic systems is arduous and necessarily involves a large number of researchers with strong and complementary scientific background in the different areas. Research activity along this direction requires synergic efforts so as to obtain an effective integration of results, rather than a simple juxtaposition.
The goal of MISTRAL research program is the development of new methodologies and the integration of subsystems and technologies for articulated structures and locomotion vehicles. The Units participating to this program represent a significant part of national robotics community, both in quantity and in quality. The acting researchers have contributed to the success of its predecessor: RAMSETE (Articulated and Mobile Robotics for SErvices and TEchnologies). That program was co-financed by MURST in 1998 and has been subjected to monitoring (with very sound judgement) during its development. MISTRAL is the natural evolution of RAMSETE.
The multiple aims of the research activities are to further investigate scientific and technical aspects already known to the proponents, to enlighten new aspects during the development, as well as to achieve significant progress with respect to the current state-of-art in robotics leading to successful applications. A key point will be the experimental demonstration concerning service subsystems rather than a complete robotic system. In particular, it is wished to pursue an increment of knowledge about the integration of methodologies and technologies for anthropic robotics and locomotion.


EXPECTED RESULTS
  • Realization of subsystems for multiarticulated robotic structures and mobile robots with the use of advanced control laws and sensors, action and motion planning algorithms and fine manipulation techniques.

  • Realization of a computer network between the various labs allowing virtual access, on-line update of state-of-art and, in some cases, remote access to experimental devices.

  • Two meetings on anthropic robotics and locomotion, to be held once a year in conjunction with major international conferences, with proceeding publication.

  • Dissemination of results through a monograph on "Methodologies and Integration of Subsystems and Technologies for Anthropic Robotics and Locomotion". The text will be edited by the Program Coordinator and include a number of chapters written by the Scientific Responsibles of the various Units. It will be proposed for publication to a major international publisher, and as such it will aim at constituting an authorative and reliable source for scholars and users of anthropic robotics in the years to come.

RESEARCH PROGRAM ORGANIZATION


Typical tasks assigned to anthropic robotic systems include the management of manipulation and locomotion actions in environments cohabited by human beings as well as of interaction with scarcely structured environments and between different robotic agents. Such tasks have been carefully analyzed in the preparation of this proposal, leading to focusing on those methodological and technological skills that are believed to be indispensable for effective realization of robots operating in anthropic environments. The skills have been organized into seven research Workpackages, the coordination of which have been assigned to each of the seven Units, as detailed in the following.


Workpackage MANIP: Manipulation - Coordination UNINA: University of Naples Federico II http://disna.dis.unina.it/prisma


Workpackage INTER: Interaction - Coordination POLITO: Polytechnic of Torino  http://ladiserver1.polito.it/robotica/labrob/


Workpackage SENS: Sensors - Coordination UNIROMA2: University of Rome "Tor Vergata" http://www.disp.uniroma2.it/~robotica/index.htm


Workpackage TELE: Teleoperation - Coordination UNIBO: University of Bologna http://www-lar.deis.unibo.it


Workpackage ROBO: Multiarticulated Robotic Systems - Coordination UNIROMA1: University of Rome "La Sapienza" http://labrob.ing.uniroma1.it/


Workpackage ARCH: Hardware/Software Architectures - Coordination POLIMI: Polytechnic of Milan http://131.175.16.168/


Workpackage LOCOM: Locomotion Systems - Coordination UNIPI: University of Pisa http://www.piaggio.ccii.unipi.it/


The sequence of the Workpackages (whose acronym gives back that of the program: MISTRAL) entirely covers the contents of the program. The coordinating functions have been assigned to each Unit based on their background and current research interests. The cohesiveness between the various themes is supported not only by the natural overlapping of methodological and technological aspects but also by a matrix framework featuring multiple Units engaged on each research Workpackage, as explained in Section 2.4.
Further information on the structure of MISTRAL will be updated on the Web site http://www-lar.deis.unibo.it/mistral that is already available on the net and allows accessing the sites of the various Units.

2.2 Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Testo italiano

Lo studio di sottosistemi robotici finalizzati all'integrazione di un sistema con capacità autonome di manipolazione, locomozione e interazione con l'uomo e altre macchine rappresenta l'attuale frontiera della ricerca scientifica in robotica. In particolare, i problemi aperti più importanti riguardano l'integrazione di varie funzionalità e capacità di autonomia di sistemi robotici operanti in ambienti antropici, come ad esempio il controllo di strutture multi-articolate (ridondanti o sottoattuate, flessibili, sistemi veicolo/manipolatore), la manipolazione di oggetti (di forma diversa) con organi di presa destri o con più robot (problemi di cooperazione), l'interazione con l'ambiente (interfacce tattili, fenomeni di contatto e di impatto), sistemi di deambulazione e squadre di agenti mobili autonomi (problemi di localizzazione, navigazione e coordinamento), la teleoperazione (controllo di sistemi con ritardo e/o riflessione di forza, telemanipolazione via Internet), la fusione di dati sensoriali disparati (per la pianificazione e il controllo), lo sviluppo di architetture di controllo (con hardware aperto e software modulare). La effettiva integrazione di tutte le funzionalità in un unico sistema autonomo costituisce un problema del tutto aperto sul quale sono disponibili, a livello internazionale, solo pochi risultati. Gli sforzi più significativi sono da registrare nella comunità robotica giapponese con il progetto sull'umanoide originariamente promosso in ambiente industriale [1], che successivamente ha suscitato interesse diffuso in ambienti scientifici di ricerca locali. Una fonte ricca di riferimenti utili su androidi/umanoidi, progetti di ricerca e aspetti loro collegati è disponibile in [2]. Esempi apprezzabili nella comunità robotica nordamericana mirati allo studio di robot che cooperano con operatori umani sono disponibili in [3,4]. Alcuni progetti sono anche attivi in Europa. Nel seguito, ci si limita a evidenziare la base scientifica per le problematiche oggetto di ricerca dei sette Temi di cui al punto 2.1, segnalando i riferimenti bibliografici più significativi, e si rimanda alla descrizione delle singole Unità per approfondimenti specifici.


MANIP
Lo studio e lo sviluppo di dispositivi robotici per la manipolazione ha senza dubbio ricevuto un'ampia attenzione da parte della comunità scientifica internazionale. Per quanto riguarda la manipolazione con destrezza, si possono portare ad esempio numerosi dispositivi robotici che emulano le funzionalità umane, come ad es. gli organi di presa sviluppati a JPL-Stanford, Utah-MIT, Università di Bologna. Lo stato dell'arte è riassunto nel lavoro di rassegna [5], mentre aspetti tecnologici sulle dotazioni sensoriali sono discussi in [6,7]. Ciononostante, si ritiene che vi sia un ampio spazio di ricerca per lo sviluppo di dispositivi che possono da un lato risultare meno complessi e quindi meno destri delle mani robotiche sviluppate sinora, seguendo l'approccio minimalista in [8], ma dall'altro offrire una sufficiente dotazione cinematica e sensoriale con l'impiego di tecniche di controllo avanzate per operare in modo affidabile in operazioni di manipolazione in ambienti diversificati [9]. Concettualmente analogo è il problema di coordinare le azioni di più robot che cooperano alla manipolazione di un oggetto [10]: in tal caso, è opportuno distinguere tra cooperazione lasca, in cui le azioni dei robot vanno opportunamente sincronizzate per scambiare oggetti tra gli organi di presa, e cooperazione stretta, in cui l'obiettivo è quello di controllare il moto assoluto dell'oggetto unitamente alle forze interne scambiate tra gli organi di presa. A tale scopo sono disponibili sia strumenti di analisi [11,12] sia schemi di controllo [13,14].


INTER
Il problema dell'interazione tra un robot e l'ambiente esterno, sia relativamente alla transizione dallo stato di moto libero alla condizione di contatto (impatto), sia relativamente alla condizione di contatto permanente, è assai rilevante. Nel caso dell'impatto, il problema è in larga misura ancora aperto [15]; fra i lavori più significativi vi sono [16-18]. I principali aspetti di ricerca riguardano la possibilità di avere perdite di contatto dopo il primo impatto del manipolatore con l'oggetto esterno, a causa di dinamiche non modellate e/o di ritardi nell'anello di controllo, e la capacità di garantire risultati soddisfacenti, in termini di riduzione degli effetti dell'impatto durante i primi istanti, di mantenimento del contatto e di regolazione delle forze scambiate a valori assegnati, anche nel caso di strutture dotate di elasticità distribuita. Nel controllo dell'impatto può essere, inoltre, opportuno integrare informazioni provenienti da sensori di tipo diverso per consentire una gestione efficace dell'interazione. D'altra parte, nel caso del problema del contatto permanente, possono adottarsi sia strategie di controllo indiretto (cedevolezza o impedenza) che di controllo diretto (forza) dell'interazione [19], il cui scopo è quello di garantire una gestione sicura dell'interazione fra robot e operatore. Particolarmente significativa è l'adozione di interfacce tattili ("haptic") [20] per la restituzione delle percezioni senso-motorie cinestetiche relative a spostamenti e forza risultanti al contatto, nonché a forma e rugosità delle superfici di contatto. Tali dispositivi, originariamente sviluppati per applicazioni biomediche o di telemanipolazione, stanno trovando un uso sempre più diffuso nei sistemi di manipolazione in ambienti virtuali [21,22], come ad es. nei sistemi di addestramento, nel disegno meccanico assistito al calcolatore e più in generale nei progetti ove è richiesto un grado spiccato di ergonomia.


SENS
La realizzazione di sistemi robotici realmente autonomi e in grado di operare in ambienti antropici in condizioni di efficienza e sicurezza non può prescindere dallo sviluppo di adeguate capacità sensoriali. Queste devono consentire al robot tanto la percezione di sé (propriocezione), quanto quella dell'ambiente circostante (esterocezione). Nonostante la vasta letteratura scientifica disponibile, importanti problemi restano ancora aperti. Il primo è quello della localizzazione [23], cioè della ricostruzione della posizione del robot in un sistema di riferimento assoluto utilizzando sensori propriocettivi (encoder, giroscopi) ed eterocettivi (sensori di campo o sistemi di visione). Infatti, se da una parte l'uso di tecniche di filtraggio lineare come il filtro esteso di Kalman [24] ha consentito di migliorare di molto le prestazioni scadenti del convenzionale approccio odometrico ("dead reckoning"), dall'altra è necessario sviluppare metodi in grado di gestire in modo concettualmente più convincente le specifiche problematiche dei sistemi robotici mobili, come la non linearità e l'anolonomia dei modelli coinvolti. Un altro problema di grande interesse è quello dell'asservimento visuale ("visual servoing"), cioè l'integrazione di sistemi di visione nell'anello di controllo [25]; questo approccio può essere generalizzato includendo altri sensori, dai più semplici sensori di campo (ultrasuoni, infrarossi, laser) fino a sensori tattili [26,27], che consentono una modalità percettiva più ricca, di particolare interesse nelle applicazioni che prevedono un contatto con l'ambiente [28]. Da un punto di vista metodologico, per consentire l'aggregazione di dati provenienti da diversi sensori è necessario ricorrere a tecniche efficienti di fusione sensoriale [29], che possono consentire di superare le intrinseche limitazioni dei singoli dispositivi di misura, convogliando le informazioni utili in un'unica rappresentazione da fornire agli organi di governo del robot [30,31].


TELE
Storicamente, la teleoperazione ha costituito uno dei primi campi di applicazione di tecnologie robotiche; una rassegna delle tecniche originariamente proposte è disponibile in [32]. Sebbene tali tecniche siano state implementate con successo in diversi campi, tra cui quello spaziale [33] e quello medico [34], le aspettative riposte non sempre sono state attese. La distanza fisica dell'operatore rispetto al sistema robotico può rendere arduo il monitoraggio di un compito di manipolazione, oltre agli effetti tipici sul controllo e la stabilità generati dalla presenza di ritardi [35,36]. Laddove sia previsto l'uso di dispositivi di interfaccia uomo-macchina, bisogna garantire da un lato che questi siano semplici da utilizzare e non stancanti e dall'altro forniscano all'operatore nel miglior modo possibile la sensazione dell'interazione con l'ambiente remoto (riflessione di forza, sensazione di immersione) [37]. Con riferimento al contesto attuale, il ruolo giocato da Internet, come strumento di dominio pubblico nella tecnologia dell'informazione, assume rilevanza sempre maggiore al punto da eleggere questo protocollo come il più appropriato anche per le operazioni di telemanipolazione [38], in ragione della riduzione dei costi e della migliore conoscenza date dalla diffusione dello strumento. Non è tuttavia ancora evidente quali siano le reali potenzialità dello strumento nel controllo remoto di oggetti complessi e potenzialmente pericolosi come i sistemi robotici, che necessitano di controllo in anello chiuso con bande significativamente elevate, in rapporto ai tempi di comunicazione tipici di Internet.


ROBO
L'impiego sempre più diffuso di robot in applicazioni di servizio [39] ha portato allo sviluppo di strutture robotiche più o meno complesse che devono essere in grado di gestire situazioni a basso livello di strutturazione, in ambienti con elevata incertezza e dinamicità, spesso in presenza di una interazione stretta con utenti e/o operatori inesperti [40]. Da una indagine sulle comuni tipologie dei robot emergono una serie di classi generali di interesse, non necessariamente di mutua esclusione: strutture ridondanti, strutture flessibili, strutture sottoattuate. Nelle strutture ridondanti, il numero di gradi di libertà presenti può essere (a volte, notevolmente) più elevato di quello strettamente necessario per eseguire un dato compito [41]. La versatilità che si ottiene dalla presenza di molti gradi di libertà, tutti attuati indipendentemente, permette di affrontare compiti multipli e variabili nel tempo e nello spazio, di ottimizzare le prestazioni su operazioni specifiche, di aumentare le capacità di adattamento e mobilità in ambienti ristretti o in presenza di utenti umani nello spazio di lavoro, di economizzare lo sforzo energetico di movimentazione. D'altra parte, esistono applicazioni di servizio nelle quali è opportuno l'impiego di un singolo braccio manipolatore di notevoli dimensioni. In tal caso, la presenza di una flessibilità distribuita lungo la struttura diventa un ostacolo alla precisione di posizionamento e alla rapidità di moto realizzabili [42]. A volte la scelta di bracci leggeri è di tipo progettuale: se il manipolatore deve interagire con un utente umano, come nel caso di ausilio per i disabili o i degenti, è opportuno minimizzare i danni dovuti a urti accidentali. Infine, si osserva come non sia sempre necessario o possibile azionare tutti i gradi di libertà di una struttura articolata o comunque mobile. Ciononostante ha interesse la possibilità di preservare una mobilità completa nello spazio delle configurazioni. Esistono situazioni operative modellizzabili in termini di presenza di gradi di libertà non attuati, ossia introducendo giunti fittizi e passivi. Non attuate su alcuni dei propri gradi di libertà sono strutture robotiche quali i robot sottomarini, i sistemi flottanti satellite-manipolatore, i robot mobili su ruote, o i sistemi di manipolazione fine di oggetti mediante rotolamento delle superfici di contatto. In tali casi la presenza di vincoli differenziali non integrabili (anolonomi), legati alla conservazione del momento della quantità di moto o alla ipotesi di puro rotolamento, indicano la necessità di pianificare opportune manovre per poter controllare il moto dell'intera struttura [43].


ARCH
La tecnologia attuale dei sistemi di controllo in tempo reale di dispositivi robotici complessi vede l'utilizzo di architetture spesso chiuse e complesse che non offrono flessibilità operative e possibilità di estensione. Questo stato di fatto si riscontra anche nella maggior parte dei sistemi di controllo di apparecchiature automatiche. È di interesse, quindi, la disponibilità di architetture aperte [44,45], di facile utilizzo ed espansione, a basso costo e di agevole reperibilità. A tale proposito, si è assistito negli ultimi anni ad una rapida diffusione di ambienti di controllo sviluppati su architetture hardware che utilizzano PC, semplici schede di acquisizione (eventualmente una scheda basata su DSP di elevata potenza computazionale) con il supporto di sistemi operativi "real-time" basati su RT-Linux, Microsoft Windows CE o VxWorks. Uno stato dell'arte è disponibile in [46]. Una problematica di notevole interesse applicativo concerne la progettazione funzionale dell'architettura, cioè la definizione di strategie di controllo ma anche di procedimenti e strumenti di studio e verifica software (modelli e simulatori) che portino ad un progetto che soddisfa in pieno le specifiche [47]. Si perviene così a una vera e propria emulazione in tempo reale dell'algoritmo di controllo, come ad es. per la prototipazione rapida di azionamenti [48]. D'altra parte, architetture a multiprocessore collegate in modo distribuito in rete Ethernet costituiscono oggi uno standard dei sistemi di automazione, e potrebbero trovare interessante applicazione anche in una macchina innovativa dotata di intelligenza autonoma, consentendo la decentralizzazione di alcune funzionalità e l'utilizzo di sensoristica esterocettiva.


LOCOM
Nei sistemi di locomozione convivono aspetti di cinematica, dinamica e controllo relativi alla deambulazione di veicoli su gambe ovvero alla mobilità di veicoli su ruote. La stabilizzazione della postura e il controllo dell'andatura di un bipede [49,50] pongono una serie di problemi aperti di non facile risoluzione, che in alcuni casi possono essere risolti anche ricorrendo a semplici accorgimenti di natura meccanica quali ad es. l'utilizzazione degli effetti gravitazionali in strutture sottoattuate (controllo passivo dell'andatura) [51]. D'altra parte, per i robot mobili la presenza di vincoli anolonomi imposti dal perfetto rotolamento delle ruote limita la mobilità locale del robot e il controllore deve poter gestire manovre non banali per poter ottenere una riconfigurazione arbitraria [52,53]. Per l'esecuzione di un qualunque compito, particolarmente nel caso di operazione in ambienti non completamente noti e dinamici, diventa indispensabile risolvere il problema della localizzazione di un robot mobile. A tale scopo, è necessario utilizzare i dati provenienti da diversi sensori per correggere gli inevitabili errori di localizzazione che si accumulano durante il funzionamento (giochi, slittamento di ruote, irregolarità del terreno); ad es., nel caso di ostacoli in movimento, occorre sintetizzare opportuni algoritmi per stimare la posizione futura [54]. Vi è poi il problema della navigazione [55] che richiede la costruzione di mappe dettagliate per guidare il moto del robot nell'ambiente: alcune tecniche sono descritte in [56,57]. Estendendo lo studio della locomozione a uno scenario in cui operano più veicoli (squadra di agenti autonomi), sorgono problematiche relative alla pianificazione dei compiti e dei moti nelle diverse configurazioni possibili per la compartecipazione di informazioni e di relazioni di tipo cooperativo/competitivo [58,59]. Alcuni degli agenti potrebbero essere operatori umani; un caso di studio di attualità riguarda lo sviluppo di strumenti di assistenza decisionale ai piloti di aerei commerciali nella gestione del traffico aereo [60].

Testo inglese

The study on robotic subsystems aimed at the integration of a system with autonomous capabilities of manipulation, locomotion and interaction with human beings and other machines constitutes the current frontier of scientific research in robotics. In particular, open problems regard the integration of various functions and autonomy of robotic systems operating in anthropic environments, such as control of multiarticulated structures (redundant, underactuated, flexible, manipulator/vehicle systems), manipulation of objects (of different shape) by means of dexterous end effectors or multiple robots (cooperation problems), interaction with the environment (haptic interfaces, contact and impact phenomena), walking machines and teams of autonomous agents (localization, navigation and coordination problems), teleoperation (control of systems with time delays and/or force reflection, telemanipulation via Internet), fusion of disparate sensory data (for planning and control), development of control architectures (with open hardware and modular software). The effective integration of all these functions into an embedded autonomous system represents a challenging open problem for which only few results are available worldwide. The most significant efforts are perhaps in the Japanese robotics community with the humanoid project originally promoted in industry [1]. This has successively stimulated a wide interest in the local scientific research groups. A rich source of useful references on androids/humanoids, links to research projects and their related aspectes is available in [2]. Appreciable examples in the NorthAmerican robotics community aimed at studying robots cooperating with human operators are available in [3,4]. Recently, some projects have been activated in Europe too.
In the following the scientific background is illustrated for the topics at issue in the seven Workpackages described in Section 2.1. Bibliographical references are provided, while more details can be gained from the proposals of the single Units.


MANIP
The study and development of robotic manipulation devices has undoubtedly received a wide interest by the international scientific community. As far as dexterous manipulation is concerned, numerous examples of robotic devices emulating human functions can be given, such as the hands developed at JPL-Stanford, Utah-MIT, University of Karlsruhe, University of Bologna. The state of the art is summarized in [5], while technological aspects on sensor equipment are discussed in [6,7]. Nonetheless, it is believed that a wide research space exists for the development of devices that on one side are less complex and thus less dexterous than the robotic hands realized so far (minimalist approach [8]), but on the other side offer a rich kinematic and sensory equipment with the utilization of advanced control techniques for reliable operation of manipulation in diversified environments [9]. Conceptually similar is the problem of coordinating the actions of multiple robots that cooperate to the manipulation of an object [10]. In such a case, it is worth distinguishing between loose cooperation where robot actions are to be suitably synchronized to exchange objects between the end effectors, and tight cooperation where the goal is to control the absolute motion of the object as well as the internal forces between the end effectors. To this purpose, modelling [11,12] and control [13,14] methods are available.


INTER
The problem of interaction between robot and environment, regarding both the transition from free motion to contact (impact) and permanent contact is highly relevant. In the case of impact, the problem is still challenging [15]; significant approaches can be found in [16-18]. The main research aspects regard: the possibility of loosing contact after the first impact of the manipulator with an external object because of unmodelled dynamics and/or delays in the control loop; the capacity of guaranteeing a satisfactory behaviour in terms of a reduction of impact effects in the early instants, maintaining contact, and regulating contact forces to given values even in the case of structures with distributed flexibility. For impact control, moreover, it may be advisable to integrate data provided by different sensors to allow an effective management of the interaction. On the other hand, in the case of permanent contact, both indirect (compliance and impedance) and direct (force) control strategies can be adopted [19], whose purpose is to guarantee a safe interaction between robot and operator. Especially meaningful is the adoption of haptic interfaces [20] to recover sensory-motor kinesthetic perception about displacements and forces at the contact, as well as about shape and roughness of the contact surfaces. Such devices, originally developed for biomedical or telemanipulation applications, are gaining an increasing adoption in those manipulation systems for virtual environments [21,22], such as training systems, CAD design, and more generally in those projects where enhanced ergonomy is of concern.


SENS
The realization of completely autonomous systems capable of safe and effective operating in anthropic environments cannot leave out the development of adequate sensor capabilities. These should provide the robot with intrinsic perception as well as with extrinsic perception. In spite of the wide available literature, open challenging problem remain. At first is localization [23], that is reconstruction of robot position with reference to an absolute coordinate frame utilizing proprioceptive sensors (encoders, gyroscopes) and heteroceptive sensors (range finders or vision systems). In fact, on one hand the use of linear filtering techniques such as the extended Kalman filter [24] has provided a big improvement on the typically low performance of the odometric approach (dead reckoning). On the other hand, it is necessary to develop methods to effectively handle the open problems in mobile robotic systems, such as nonlinearity and nonholonomy of the related models. Another very interesting problem is that of visual servoing, that is the integration of vision systems into the feedback loop [25]. This approach can be generalized by incorporating other sensors, from simple range finders (ultrasound, infrared, laser) up to tactile sensors [26,27], providing a richer perception of great interest for those applications of contact with the environment [28]. From a methodological viewpoint, in order to perform data merging from disparate sensors it is worth resorting to effective sensory fusion technique [29]. These allow overcoming the inherent limitations of the individual measurement devices by conveying the useful information into a single data to be delivered to the robot control unit [30,31].


TELE
Historically, teleoperation has constituted one of the first fields of application of robotic technology. An overview of the originally proposed techniques can be found in [32]. Although such techniques have been successfuly implemented in different fields, such as space [33] and medicine [34], the expectations have not always been fulfilled. The physical distance of the operator from the robotic system may complicate the task of controlling manipulation, apart from typical effects on control and stability caused by time delays [35,36]. Whenever suitable man-machine interfaces are used, those have to be simple and not tiring to operate and should provide the operator with the best possible perception of interaction with the remote enviornment (force reflection, feeling of immersion) [37]. With reference to the current scenario, the role played by Internet, as a tool of public domain for information technology, attains more and more relevance up to the point of electing this protocol as the most appropriate one for telemanipulation [38]. The obvious reasons are cost reduction and wide knowledge. However, it is not clear yet which could be the real potential of the tool for remote control of complex objects and hazardous systems such as robots requiring closed-loop control with high bandwidth as compared to the typical communication times of Internet.


ROBO
The wide utilization of robots for service applications [39] has lead to the development of more or less complex robotic structures that are capable of handling the occurrence of low-level structure frameworks in highly uncertain dynamic environments, often interacting with inexpert users and/or operators [40]. From a survey on the common types of robots, a number of mutually nonexclusive general classes can be found: redundant structures, flexible structures, and underactuated structures. In a redundant structure, the number of existing degrees of freedom may be higher (sometimes much higher) than those needed by task execution [41]. The versatility due to such independently actuated degrees of freedom allow: execution of multiple tasks changing in time and space, performance optimization on specific tasks, increase of adaptability and mobility in narrow environments or when humans populate the workspace, decrease of kinetic energy. On the other hand, there are service applications where it is necessary or convenient to employ a large dimension single robot arm. In such a case, the presence of distributed flexibility along the structure constitutes a big drawback to precise positioning and fast motion [42]. Sometimes, the choice of lightweight arms is intentional by design: if the manipulator has to interact with a human operator, such as for the disabled and patients, it is worth minimizing damage due to accidental collisions. Finally, it should be pointed out that it is not always necessary or possible to actuate all the degrees of freedom of an articulated or mobile structure. Nonetheless, it is worth preserving full mobility within the configuration space. There are a number of operating conditions that can be modelled in terms of the presence of unactuated degrees of freedom, that is by introducing some fictitious passive joints. Some robotic structures such as underwater robots, free-floating spacecraft/manipulator systems, wheeled mobile robots, and fine manipulation systems of objects by rolling of contact surfaces are all examples where some degrees of freedom are not actuated. In such cases, the presence of nonintegrable differential (nonholonomic) constraints, due to angular momentum conservation or pure rolling assumption, demand planning of suitable maneuvers to control the whole structure [43].


ARCH
The current technology of real-time control systems for complex robotic devices features the adoption of closed, ofetn complex, architectures that do not allow flexible operation and upgrading. This fact is to be found also in most automatic control systems. It is thus interesting to adopt diffused low-cost open architectures [44,45] that are easy to use and upgrade. To this purpose, the recent years have witnessed a rapid expansion of PC-based control architectures, using simple interface boards (possibly a high computational powered DSP) and real-time operating systems (RT-Linux, Microsoft Windows CE, VxWorks). A state of the art is available in [46]. An open problem of large applicative interest concerns with the functional design of the architecture, that is the definition of control strategies as well as of procedures, analysis tools and test software (models and simulators) leading to a satisfactory design fulfilling the prerequisites [47]. In this fashion, a true real-time emulation of the control algorithm is achieved, such as for rapid prototyping of servo drives [48]. On the other hand, distributed multiprocessor architectures connected via Ethernet more and more constitute a standard for automation systems, and could find interesting applications even for an innovative machine endowed with autonomous intelligence, allowing decentralization of certain functions and use of exteroceptive sensors.


LOCOM
In locomotion systems cohabit kinematic, dynamic control aspects related to legged vehicle walking as well as to wheeled vehicle mobility. Posture stabilization and gait control of a biped [49,50] pose a number of open problems that are not easy to solve. In certain cases, they can be solved by resorting to simple mechanical arrangements such as the utilization of gravitational effects in underactuated structures (passive gait control) [51]. On the other hand, the presence of nonholonomic constraints for mobile robots due to perfect rolling of wheels limits robot local mobility and the controller should be able to handle nontrivial maneuvers in order to obtain arbitrary configurations [52,53]. For the execution of any task, especially in the case of operation in partially unknown dynamic environments, it is mandatory to solve a localization problem for a mobile robot. To this purpose, it is worth utilizing disparate sensory data to correct those unavoidable localization errors accumulated during robot functioning (backlash, wheel slipping, uneven terrain); for instance, in case of moving obstacles, it is necessary to design suitable algorithms to estimate future positions [54]. Another problem concerns with navigation [55] that requires construction of detailes maps to guide the motion of the robot through the environment: some techniques are described in [56,57]. By extending the study on locomotion to a scenario where multiple vehicles (a team of autonomous agents) operate, problems arise regarding task and motion planning in all the possible configurations as well as sharing of information and cooperative/competitive relationship [58,59]. Some of the agents could well be human operators; a topical case study regards the development of decision support tools for commercial aircraft pilots in air traffic management [60].

2.2.a Riferimenti bibliografici

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2.3 Numero di fasi del Programma di Ricerca:  4


2.4 Descrizione del Programma di Ricerca

Fase 1

Durata: 6 mesi           Costo previsto:  243 M£   125.499 Euro
Descrizione:

Testo italiano



Preliminarmente alla descrizione delle attività previste nella varie fasi del programma, si ritiene utile fornire una descrizione sintetica degli obiettivi generali dei singoli Temi, elencando le Unità impegnate su ciascuno di essi. Per maggiori dettagli si rimanda ai Modelli B delle singole Unità. Inoltre, nel quadro del piano complessivo di attività, è prevista l'instaurazione di sinergie tra i vari Temi, ovvero l'utilizzazione dei prodotti delle ricerche su un Tema da parte di altri; a tale scopo, si evidenziano i Temi complementari per i singoli. La struttura complessiva di MISTRAL è illustrata nel quadro sinottico che seguirà.


Tema: MANIP
Coordinamento: UNINA
Unità impegnate: UNIBO, POLIMI, UNIPI, UNIROMA1
Temi complementari: INTER, SENS, TELE, ROBO, ARCH

  • Organi di presa destri: Si intende proseguire la sperimentazione di pinze robotiche a struttura semplice ma dotate di avanzata dotazione sensoriale (sensori di forza/coppia, prossimità, posizione) e/o di sofisticati schemi di controllo. Inoltre è di interesse sviluppare codici di simulazione con modelli integrati degli aspetti meccanici, elettronici e di controllo a supporto del progetto.

  • Manipolazione di oggetti di forma diversa: Si vogliono approfondire aspetti legati all'afferraggio e la manipolazione cooperante di oggetti con agenti autonomi o parzialmente autonomi.

  • Cooperazione in sistemi multi-robot: L'interesse è concentrato sulla sperimentazione di tecniche di controllo della cooperazione con uso di informazioni di sensori di forza e visione.


Tema: INTER
Coordinamento: POLITO
Unità impegnate: UNIBO, UNINA, UNIPI
Temi complementari: MANIP, SENS, TELE, ROBO

  • Interfacce tattili ("haptic"): Si vogliono analizzare le caratteristiche di immersione di tali dispositivi in qualità di possibili surrogati artificiali alla percezione tattile e cutanea.

  • Interazione antropica: L'enfasi è posta sull'impiego di strategie di controllo in forza che garantiscano sicurezza in compiti di cooperazione tra robot e operatore.

  • Gestione degli urti: Si vogliono avanzare le conoscenze riguardanti la modellistica e il controllo dell'impatto per robot rigidi al caso di strutture flessibili o composite.

Tema: SENS
Coordinamento: UNIROMA2
Unità impegnate: UNIBO, UNINA, UNIPI, UNIROMA1, POLITO
Temi complementari: MANIP, INTER, TELE, ARCH, LOCOM

  • Sensori tattili e di forza/coppia: Si ritiene che nello studio e nella sperimentazione di manipolatori destri, l'uso e il comportamento dei sensori tattili sia ancora da indagare nella prospettiva di utilizzo per l'unità "master" e per l'unità "slave" in problemi di manipolazione remota.

  • Uso di sensori di visione per pianificazione e controllo: Il sensore di visione rappresenta il sensore più evoluto tra quelli disponibili. Con tale sensore si possono risolvere problemi rilevanti quali la localizzazione, il riconoscimento, la guida a distanza. Si intende inoltre investigare l'uso dei sensori visivi all'interno dell'anello di controllo.

  • Fusione di dati sensoriali disparati: Si vuole studiare la possibilità di ottenere, con l'uso di opportune procedure, un decisivo miglioramento sulla qualità delle stime del singolo sensore, ricorrendo alle misure di tutti i sensori disponibili, confrontando tali misure ed elaborando i segnali provenienti da ciascun sensore.

Tema: TELE
Coordinamento: UNIBO
Unità impegnate: POLIMI, UNIROMA2
Temi complementari: MANIP, INTER, SENS, ARCH

  • Controllo di sistemi con ritardo: Si vogliono sviluppare e verificare sperimentalmente tecniche di controllo di sistemi robotici per la telemanipolazione che considerino fenomeni di ritardo nella trasmissione delle informazioni tra "master" e "slave" e che generalizzino metodi già noti in letteratura risolvendo alcuni problemi ancora aperti.

  • Percezione cinestetica e riflessione di forza: Si intende studiare problematiche relative all'impiego di interfacce evolute per l'interazione tra l'operatore e l'ambiente virtuale locale (che rappresenta l'ambiente reale al sito remoto).

  • Telemanipolazione via Internet: Stante la funzione pervasiva delle comunicazioni via rete nella tecnologia dell'informazione, è cruciale capire le potenzialità e i limiti dello strumento per la realizzazione del concetto di laboratorio di robotica virtuale.

Tema: ROBO
Coordinamento: UNIROMA1
Unità impegnate: UNINA, POLITO
Temi complementari: MANIP, INTER, LOCOM

  • Strutture ridondanti: Per la piena utilizzazione dei gradi di libertà ridondanti, si intende sviluppare sistemi di pianificazione e controllo del moto ad elevata capacità di elaborazione, coordinamento e riconfigurabilità.

  • Strutture flessibili: Si vogliono individuare sistemi di pianificazione del moto che includino un modello dei fenomeni di vibrazione dovuti all'elasticità, nonché tecniche di controllo in grado di compensare attivamente le oscillazioni rispetto al moto rigido nominale, anche in presenza di situazioni di contatto con l'ambiente.

  • Strutture sottoattuate: E` di interesse la derivazione di algoritmi di controllo capaci di sfruttare gli accoppiamenti dinamici tra i gradi di libertà per ottenere il trasferimento di energia dai giunti attivi a quelli passivi.

Tema: ARCH
Coordinamento: POLIMI
Unità impegnate: UNIBO, UNIPI, UNIROMA2, POLITO
Temi complementari: MANIP, SENS, TELE, LOCOM

  • Strutture di controllo aperte: Si vuole indagare la possibilità di sviluppare una architettura basata su PC e sistema operativo in tempo reale per unità di governo con gestione integrata di dati sensoriali, da utilizzare nel controllo di sistemi complessi quali multirobot e robot mobili.

  • Prototipazione di unità di controllo di assi: Si intende sviluppare una piattaforma consolidata per l'analisi e la sperimentazione di architetture di controllo ad elevate prestazioni per i servomeccanismi di posizione.

  • Codici di simulazione modulari: L'obiettivo è quello di definire procedimenti e strumenti di studio e verifica di un progetto di controllo che facciano uso di tecniche di modellazione e pacchetti di simulazione diffusi.

Tema: LOCOM
Coordinamento: UNIPI
Unità impegnate: UNIROMA1, UNIROMA2, POLITO
Temi complementari: SENS, ROBO, ARCH

  • Sistemi deambulanti: Si intende approfondire lo studio sulla modellistica cinematica e dinamica, sulla pianificazione e generazione di traiettorie dinamicamente ammissibili, sulla stabilizzazione della postura e il controllo dell'andatura, e sulla transizione tra andature diverse.

  • Tecniche di localizzazione e navigazione: Si vogliono definire e validare sperimentalmente metodologie per la pianificazione del moto di sistemi robotici autonomi in ambienti parzialmente noti e variabili nel tempo.

  • Coordinamento di agenti mobili autonomi: Gli obiettivi comprendono problematiche di pianificazione, localizzazione cooperativa e di sistemi di assistenza nelle decisioni per squadre di robot eventualmente miste con operatori umani.



In sintesi, la tabella qui di seguito illustra la struttura a matrice di MISTRAL che vede più Unità impegnate su ciascun Tema di ricerca ("C" indica la funzione di Coordinamento, "P" quella di Partecipazione), nonché la complementarietà tra i vari Temi ("*" indica un rapporto di complementarietà fra due Temi).


UNIBO P P P C P
POLIMI P P C
UNINA C P P P
UNIPI P P P P C
UNIROMA1 P P C P
UNIROMA2 C P P P
POLITO C P P P P
MANIP INTER SENS TELE ROBO ARCH LOCOM
MANIP * * * * * *
INTER * * * * *
SENS * * * * * *
TELE * * * * *
ROBO * * * *
ARCH * * * * *
LOCOM * * * *



Per quanto riguarda l'organizzazione delle attività sperimentali, le Unità metteranno a disposizione le seguenti attrezzature.


UNIBO


  • Robot Comau SMART-3S con "controllo aperto"

  • Robot Puma 560 con controllo aperto (RCCL/RCI)

  • Sensori di forza/coppia commerciali sviluppati presso il LAR

  • Pinza robotica ad elevata sensorizzazione a tre gradi di libertà sviluppata presso il LAR del DEIS in collaborazione con il DIEM

  • VIDET, prototipo di interfaccia haptic per interazione con realtà virtuale, sviluppato presso il LAR del DEIS in collaborazione con il DIEM

POLIMI

  • Robot COMAU SMART-6S antropomorfo a 6 assi, equipaggiato con sensore di forza e sensore laser di distanza e con controllore COMAU C3G 9000 interfacciato ad un PC (controllore "aperto")

UNINA

  • Robot Comau SMART-3S a 6 assi con unità di governo C3G-9000 ad architettura di controllo aperta

  • Robot Comau SMART-3S a 7 assi (slitta aggiuntiva alla base) con unità di governo C3G-9000 ad architettura di controllo aperta

  • 2 sensori di forza/coppia ATI FT-30/100

UNIPI

  • Veicolo robotico TRC Labmate, dotato di PC a bordo, sensoristica US, radio-modem

  • Testa laser range finder "Robosense"

  • Sistema di visione con telecamera Panasonic, frame grabber MATROX, testa robotica di orientamento telecamera

UNIROMA1

  • Robot manipolatore DEXTER a 8 gradi di libertà

  • 3 robot mobili su ruote PIONEER con sensori ad ultrasuoni

  • Robot mobile su ruote SUPERMARIO

  • Squadra di 4 robot su quattro gambe SONY AIBO con kit di sviluppo

  • Sistema di visione a tre telecamere BW TRICLOPS PointGrey

UNIROMA2

  • Robot mobile della NOMADIC modello nomad 150, dotato di sensori odometrici, sensori a raggi infrarossi, sensori a ultrasuoni collegato ad una stazione master costituita da un PC mediante radio-modem

  • Robot mobile della NOMADIC modello nomad 400, di tipo "olonomo", dotato di sensori odometrici, sensori a raggi infrarossi, sensori a ultrasuoni, sensori visivi (due telecamere), "range-finder" a laser collegato ad una stazione master costituita da un PC mediante radio-modem.

  • Strumentazione elettronica per la protipizzazione di azionamenti per motori a riluttanza variabile: amplificatori di segnale e di potenza, unità DSP tipo DSPACE dotata di software di conversione e di scheda DSP, interfaccia per sensori di tipo induttivo.

POLITO

  • Robot planare a due bracci Integrated Motion Inc. con motori brushless NSK dotato di controllore basato su PC con scheda DSP TMS320C30 collegato a sistema basato su OpenDSP per prototipazione rapida di sistemi di controllo digitali, con "field modules" dedicati

  • Robot mobile Labmate TRC a guida differenziale

  • Sistema di visione con video camera "intelligente"

  • Robot COMAU SMART-3S a 6 gdl, con controllore C3G-9000 aperto e sensore di forza/coppia ATI 30-100 con interfaccia RS232

  • Braccio flessibile su cuscini d'aria, attuato da motore brushless NSK, per la sperimentazione di controllori basati su piezoelementi distribuiti sulla struttura

Descrizione della Fase 1

  • Mese 0: Definizione della struttura dei Temi. In particolare, sotto la responsabilità della Unità coordinatrice di ciascun Tema, verrà definito con precisione il contributo (eventuale) delle Unità che collaborano al Tema per quanto riguarda l'accesso ai laboratori, i contenuti tecnologici e/o metodologici, la struttura informatica di presentazione dei risultati, e la scrittura del capitolo del volume finale. (Nota: questa definizione è già in fase avanzata al momento della presentazione della proposta, ma si ritiene necessaria una verifica successiva all'esito sul finanziamento della proposta stessa per stabilire con miglior cognizione quali e quante interazioni siano compatibili con le risorse effettivamente allocate.)

  • Mese 1: Attivazione del Coordinamento Nazionale (riunione di "kick-off").

  • Mese 2: Attivazione della struttura informatica di collegamento (pagine Web con collegamenti incrociati).

  • Mesi 1-6: Aggiornamento dello stato dell'arte nelle varie aree di intervento dei Temi delineati nel programma.

  • Mesi 4-6: Stesura delle specifiche richieste per le funzionalità oggetto di ciascuno dei Temi.

  • Mese 6: Riunione di Coordinamento. Presentazione dei risultati parziali, verifica della tabella di marcia.

Testo inglese



Prior to describing the activities planned in the various phases of the program, it is worth providing a brief description of the general objectives of the individual Workpackages, with a list of the Units engaged on each of them. Further details are available in Forms B of the single Units. Moreover, in the framework of the overall activity plan, it is expected to promote synergies between the various Workpackages, that is the utilization of research results within a single Workpackage by others; to this purpose, those complementary Workpackages are pointed out for each of them. The overall structure of MISTRAL will be synthesized in a table to follow.


Workpackage: MANIP
Coordination: UNINA
Engaged Units: UNIBO, POLIMI, UNIPI, UNIROMA1
Complementary Workpackages: INTER, SENS, TELE, ROBO, ARCH

  • Dexterous end effectors: It is meant to continue experimentation of robotic grippers of simple mechanical structures endowed with enhanced sensory equipment (force/torque, proximity and position sensors) and/or advanced control schemes. Further, it is of interest to develop simulation packages with integrated models of mechanical, electronic and control aspects in support of the project.

  • Manipulation of objects of different shape: It is wished to investigate aspects regarding object grasp and cooperative manipulation by means of autonomous or semi-autonomous agents.

  • Cooperation of multirobot systems: The focus is on the experimentation of cooperative control techniques with the integration of force and visual sensory feedback.

Workpackage: INTER
Coordinataion: POLITO
Engaged Units: UNIBO, UNINA, UNIPI
Complementary Workpackages: MANIP, SENS, TELE, ROBO

  • Haptic interfaces: It is wished to analyze the immersion features of such devices as feasible artificial surrogates of tactile and cutaneous perception.

  • Anthropic interaction: The focus is on the utilization of force control strategies ensuring safety in cooperative tasks between robot and operator.

  • Management of impacts: It is wished to advance knowledge about modelling and control of impact for rigid robots to the case of flexible or composite structures.

Workpackage: SENS
Coordination: UNIROMA2
Engaged Units: UNIBO, UNINA, UNIPI, UNIROMA1, POLITO
Complementary Workpackages: MANIP, INTER, TELE, ARCH, LOCOM

  • Tactile and force/torque sensors: It is believed that in the analysis and experimentation of dexterous manipulators the use and behaviour of tactile sensors is yet to be investigated with reference to the perspective of utilization for the master unit and the slave unit in remote manipulation.

  • Use of vision sensor for planning and control: Vision sensors constitute the most advanced types of available sensors. With such sensors it is possible to solve relevant problems such as localization, recognition and remote guidance. It is also meant to investigate the use of vision sensors within the feedback control loop.

  • Fusion of disparate sensory data: It is wished to develop suitable techniques aimed at obtaining a consistent improvement on the estimate reliability for a single sensor, by resorting to the measurements provided by all the available sensors which are then elaborated and compared to the single sensory data.

Workpackage: TELE
Coordination: UNIBO
Engaged Units: POLIMI, UNIROMA2
Complementary Workpackages: MANIP, INTER, SENS, ARCH

  • Control of time-delay systems: It is wished to develop and experimentally test control techniques for telemanipulation robotic systems where time delays occur in the transmision of data between the master and the slave units. Such techniques are intended to generalize already known methods in the literature by solving some open problems.

  • Kinesthetic perception and force reflection: It is meant to explore problems regarding the use of enhanced interfaces for the interaction between the operator and the local virtual environment (representing the real environment at the remote site).

  • Internet telemanipulation: In view of the pervasive function of network communications in information technology, it becomes crucial to understand the potential and limits of this tool for the realization of the virtual robotics lab concept.

Workpackage: ROBO
Coordination: UNIROMA1
Engaged Units: UNINA, POLITO
Complementary Workpackages: MANIP, INTER, LOCOM

  • Redundant structures: In order to fully exploit redundant degrees of freedom, it is meant to develop motion planning and control systems with high computational power, coordination and reconfigurability.

  • Flexible structures: It is wished to seek for motion planning systems embedding vibration phenomena due to elasticity, as well as control techniques aimed at active compensation of oscillations with respect to nominal motions, even in case of contact with the environment.

  • Underactuated structures: The focus is on the derivation of control algorithms that exploit dynamic couplings between the degrees of freedom so as to obtain an energy transfer from active to passive joints.

Workpackage: ARCH
Coordination: POLIMI
Engaged Units: UNIBO, UNIPI, UNIROMA2, POLITO
Complementary Workpackages: MANIP, SENS, TELE, LOCOM

  • Open control structures: It is wished to explore the possibility to develop a PC-based architecture with real-time operating system for control units with integrated management of sensory data, to be used for control of complex systems such as multirobots and mobile robots.

  • Prototyping of axis control units: It is meant to develop a consolidated platform for analysis and experimentation of high-performance control architectures to be employed in position servomechanisms.

  • Modular simulation codes: The goal is that to define procedures and tools for analysis and testing of control designs using popular modelling techniques and simulation packages.

Workpackage: LOCOM
Coordination: UNIPI
Engaged Units: UNIROMA1, UNIROMA2, POLITO
Complementary Workpackages: SENS, ROBO, ARCH

  • Walking machines: It is meant to advance study on kinematic and dynamic modelling, planning and generation of dynamically feasible trajectories, posture stabilization, gait control, and gait transition.

  • Localization and navigation techniques: It is wished to establish and experimentally validate methodologies for motion planning of autonomous robotic systems in partially known and dynamically changing environments.

  • Coordination of autonomous mobile agents: The objectives include problems of planning, cooperative localization and decision support systems for teams of robots and possibly robots and human agents.

To summarize, the table that follows illustrates the matrix structure of MISTRAL featuring multiple Units engaged on each Workpackage ("C" indicates Coordination, "P" Participation), as well as the complementary Workpackages ("*" refers to a pair of complementary Workpackages).


UNIBO P P P C P
POLIMI P P C
UNINA C P P P
UNIPI P P P P C
UNIROMA1 P P C P
UNIROMA2 C P P P
POLITO C P P P P
MANIP INTER SENS TELE ROBO ARCH LOCOM
MANIP * * * * * *
INTER * * * * *
SENS * * * * * *
TELE * * * * *
ROBO * * * *
ARCH * * * * *
LOCOM * * * *



As far as organization of the experimental activities, the various Units will provide the following apparatus.


UNIBO


  • Robot Comau SMART-3S with open controller

  • Robot PUMA 560 with open controller (RCCL/RCI)

  • Commercial force/torque sensors developed at LAR of DEIS

  • Sensory enhanced three-degree-of-freedom robotic gripper developed at LAR of DEIS in cooperation with DIEM

  • VIDET, a prototype of haptic interface for virtual reality interaction, developed at LAR of DEIS in cooperation with DIEM

POLIMI

  • Comau SMART 6S six-axis robot manipulator, with Comau C3G controller interfaced bus-to-bus to a PC (open controller) and instrumented with a force sensor and a laser distance sensor

UNINA

  • Six-axis robot Comau SMART-3S with C3G-9000 control unit and open control
    architecture

  • Seven-axis robot Comau SMART-3S (additional sliding track at the base)
    with C3G-9000 control unit and open control architecture

  • Two force/torque sensors ATI FT-30/100

UNIPI

  • Robotic vehicle TRC Labmate, with PC aboard, US sensors, radio-modem

  • Laser range finder head "Robosense"

  • Vision system with Pansonic camera, frane grabber MATROX, camera orientation robot head

UNIROMA1

  • Eight-degree-of-frredom robot manipulator DEXTER

  • 3 wheeled mobile robots PIONEER with ultrasound sensors

  • Wheeled mobile robot SUPERMARIO

  • Team of four legged robots SONY AIBO with development kit

  • Vision system with three cameras BW TRICLOPS PointGrey

UNIROMA2

  • Mobile robot NOMADIC nomad 150, equipped with odometric sensors, infrared sensors, ultrasound sensors, connected by radio-modem to a PC master station

  • Mobile robot NOMADIC nomad 400 of holonomic type, equipped with odometric sensors, infrared sensors, ultrasound sensors, vision sensors (two cameras) and laser range finder,connected by radio-modem, to a PC master station

  • Electronic equipment for servo drive prototyping of variable reluctance motors: signal and power amplifiers, DSPACE board provided with conversion software and DSP board, and inductive sensor interface

POLITO

  • Two-link planar robot Integrated Motion Inc. with brushless motors NSK endowed with PC-based controller with DSP board TMS320C30 connected to OpenDSP-based system for rapid prototyping of digital control systems, with dedicated field modules

  • Mobile robot Labmate TRC with differential guidance

  • Vision system with intelligent video camera IVP MAPP2200

  • Six-degree-of-freedom robot Comau SMART-3S with open C3G-9000 controller and force/torque sensor ATI 30-100 with RS232 interface

  • Flexible arm on air cushions, actuated by brushless motors NSK for
    experimentation of controllers based on piezo-elements distributed along the
    structure.

Description of Phase 1

  • Month 0: Definition of the structure of the Workpackages. Particularly, under the responsibility of the Coordinating Unit of each Workpackage, the possible contributions of each cooperating Unit will be defined as far as access to laboratories, technological and/or methodological contents, information structure results distribution, and preparation of the chapter for the final volume are concerned. (Remark: this definition is already at an advanced level at the moment of presentation of the proposal, but a further verification of the same proposal following the financing decision is still considered necessary to better realize which and how many interactions are compatible with the resources actually allocated.)

  • Month 1: Activation of the National Coordination Committee (kick-off meeting).

  • Month 2: Activation of "ad hoc" communication channels (Web pages with cross connections).

  • Months 1-6: State-of-art update within the various areas of intervention for all the Workpackages outlined in the program.

  • Months 4-6: Determination of detailed specifications for the functions included in each Workpackage.

  • Month 6: Meeting of the National Coordinating Committee. Presentation of intermediate results, verification of the advancement schedule.
Risultati parziali attesi:

Testo italiano


  • Struttura di collegamento informatica http://www-lar.deis.unibo.it/mistral che consenta l'accesso ai rapporti del Programma, alle pubblicazioni delle Unità, alla conoscenza della disponibilità di attrezzature sperimentali.

  • Aggiornamento dello stato dell'arte, presentato tramite rapporti di progetto.

  • Definizione di criteri per la fruizione dei laboratori messi a disposizione dalle Unità, disponibile come rapporto del Coordinatore del Programma.

  • Incontro di coordinamento.

Testo inglese


  • Set up of a computer-based interconnection network http://www-lar.deis.unibo.it/mistral ensuring access to the project reports, publication of the various Units, and the list of available experimental equipments.

  • State-of-art update presented through project reports.

  • Selection of criteria to be used to regulate access to all the participating
    laboratories. The selected criteria will be made available as a Program Coordinator report.

  • National Coordination Meeting.

Unita' di ricerca impegnate:

  • BICCHI ANTONIO      
  • BONA BASILIO      
  • DE LUCA ALESSANDRO      
  • MAGNANI GIANANTONIO      
  • MELCHIORRI CLAUDIO      
  • NICOSIA SALVATORE      
  • SICILIANO BRUNO      


  • Fase 2

    Durata: 6 mesi           Costo previsto:  305 M£   157.519 Euro
    Descrizione:

    Testo italiano

    La seconda fase del Programma sarà centrata sullo sviluppo di nuove metodologie per i problemi considerati nei vari Temi. Per quanto concerne le attività dei singoli Temi, queste sono descritte in dettaglio nei Moduli B relativi alle Unità che coordinano i Temi. A questo livello, si dà una descrizione generale della seconda fase.

    • Mesi 7-8: Individuazione delle priorità sulle problematiche aperte e lo stato dell'arte in ciascun Tema, con relativa criticità rispetto alla realizzazione del Tema.

    • Mesi 8-12: Impostazione della soluzione delle problematiche di più elevata priorità.

    • Mesi 7-8: Acquisti delle attrezzature richieste.

    • Mesi 8-10: Organizzazione dei laboratori messi a disposizione del Programma dalle Unità e definizione delle modalità per la loro fruizione.

    • Mese 12: Convegno di Programma, di natura internazionale, con esposizione dei risultati parziali ottenuti.

    Testo inglese

    The second phase of the Program will focus on the development of new methodologies for the solution of the various problems considered in each Workpackage. The activities of each single Workpackage are described in detail in the Forms B of the Units coordinating the Workpackages. At this stage, a general description of the second phase follows.

    • Months 7-8: Identification within each Workpackage of the open problems with their respective priorities, and evaluation of their relevance in view of Workpackage execution.

    • Months 8-12: Formulation of the solution to the problems with higher priority.

    • Months 7-8: Purchase of all the equipments requested.

    • Months 8-10: Organization of all the participating laboratories and choice of criteria to be used to regulate their access.

    • Month 12: Program meeting in conjunction with an international conference, with presentation of partial results achieved that far.
    Risultati parziali attesi:

    Testo italiano


    • Realizzazione di prototipi di dispositivi (sensori tattili, organi di presa) per quei Temi che lo prevedano (si vedano i Moduli B).

    • Realizzazione di prototipi di software (architetture in tempo reale, controllo della manipolazione) per quei Temi che lo prevedano (si vedano i Moduli B).

    • Pubblicazioni scientifiche presentate a conferenze internazionali e sottomesse a riviste.

    • Organizzazione dei centri e dei protocolli per la validazione sperimentale dei risultati conseguiti (rapporto di Coordinamento).

    • Convegno internazionale di Programma.

    Testo inglese


    • Prototyping of devices (such as tactile sensors, end-effectors) for all those interested Workpackages (see Forms B).

    • Software prototyping (such as real-time architectures, manipulation control) for all those interested Workpackages (see Forms B).

    • Scientific publications presented at international conferences and submitted to journals.

    • Organization of research centers and set-up of protocols for experimental validation of the achieved results (Coordinator report).

    • International Program meeting.

    Unita' di ricerca impegnate:

  • BICCHI ANTONIO      
  • BONA BASILIO      
  • DE LUCA ALESSANDRO      
  • MAGNANI GIANANTONIO      
  • MELCHIORRI CLAUDIO      
  • NICOSIA SALVATORE      
  • SICILIANO BRUNO      

  • Fase 3

    Durata: 6 mesi           Costo previsto:  276 M£   142.542 Euro
    Descrizione:

    Testo italiano

    La terza fase del programma sarà incentrata sulle verifiche sperimentali e/o simulative delle soluzioni risultanti dalle fasi precedenti. Per quanto riguarda l'organizzazione delle attività sperimentali coordinate, le Unità metteranno a disposizione le attrezzature descritte a monte della Fase 1. Per quanto concerne le attività dei singoli Temi, queste sono descritte in dettaglio nei Moduli B relativi alle Unità che coordinano i Temi. A questo livello, si dà una descrizione generale della terza fase.

    • Mese 13: Determinazione delle verifiche sperimentali da compiersi, con considerazione delle disponibilità di risorse e delle priorità ai fini dell'armonico sviluppo del Programma.

    • Mesi 13-14: Verifiche simulative dei metodi risultanti dalla analisi dello stato dell'arte e/o dalle proposizioni originali delle Unità.

    • Mesi 14-18: Verifiche sperimentali dei metodi risultanti dalla analisi dello stato dell'arte e/o dalle proposizioni originali delle Unità.

    • Mese 18: Riunione di Programma, per la impostazione del lavoro di stesura del libro di Programma.

    Testo inglese

    The third phase of the program will focus on experimental and/or simulation verification of the solutions resulting from the preceding phases. As far as organization of experimental activities, the Units will make available
    the apparatus described before Phase 1. The activities of each single Workpackage are described in detail in the Forms B of the Units coordinating the Workpackages. At this stage, a general description of the third phase follows.

    • Month 13: Determination of the experimental tests to be performed, taking into account the available resources and the priorities in view of a well balanced development of the Program.

    • Months 13-14: Simulation tests concerning the methods stemming out from the analysis of the state of the art and/or from original proposals of the Units.

    • Months 14-18: Experimental tests concerning the methods stemming out from the analysis of the state of the art and/or from the original proposals of the Units.

    • Month 18: Program meeting aimed at laying out the structure of the Program book.
    Risultati parziali attesi:

    Testo italiano


    • Realizzazione di esperimenti e simulazioni comparative (pubblicate in rapporti di progetto, disponibili in rete).

    • Pubblicazioni scientifiche presentate a conferenze internazionali e sottomesse a riviste.

    • Definizione della struttura del libro MISTRAL e degli accordi editoriali per la pubblicazione del volume.

    Testo inglese


    • Realization of all the planned experiments and comparative simulations (published in project reports, available on the Web).

    • Scientific publications presented at international conferences and submitted to journals.

    • Definition of the structure of the Program book and the editorial agreements concerning publication of the volume.


    Unita' di ricerca impegnate:

  • BICCHI ANTONIO      
  • BONA BASILIO      
  • DE LUCA ALESSANDRO      
  • MAGNANI GIANANTONIO      
  • MELCHIORRI CLAUDIO      
  • NICOSIA SALVATORE      
  • SICILIANO BRUNO      

  • Fase 4

    Durata: 6 mesi           Costo previsto:  202 M£   104.324 Euro
    Descrizione:

    Testo italiano

    La quarta fase del programma è dedicata alla conclusione del Programma. Essendo tra gli scopi principali del Programma la disseminazione delle tecnologie e dei metodi più avanzati verso le applicazioni per la Robotica Antropica, la quarta fase ha il ruolo cruciale di preparare la documentazione necessaria a tale scopo. Elementi centrali di questa documentazione sono: il volume monografico "Metodologie e Integrazione di Sottosistemi e Tecnologie per la Robotica Antropica e la Locomozione" e la struttura telematica di connessione agli archivi ed ai laboratori di robotica delle varie Unità. Per quanto concerne le attività dei singoli Temi, queste sono descritte in dettaglio nei Moduli B relativi alle Unità che coordinano i Temi. A questo livello, si dà una descrizione generale della quarta fase.

    • Mesi 18-20: Verifica delle interfacce tecnico-funzionali tra le componenti tecnologico-metodologiche sviluppate nei diversi Temi, secondo le specifiche adottate nella Fase 1.

    • Mesi 20-24: Stesura del testo del volume "MISTRAL". Il testo costituirà un riferimento finalizzato alla diffusione dei risultati negli ambienti scientifici per le applicazioni di robotica nei servizi. Il volume sarà edito dal Coordinamento del Programma, e conterrà capitoli strettamente connessi come contenuti e stile, preparati dalle diverse Unità che collaboreranno sui diversi Temi.

    • Mesi 18-24: Installazione definitiva della struttura informatica di rete di collegamento tra gli archivi ed i laboratori di robotica delle Unità, con accesso alle pubblicazioni e in qualche caso alle dimostrazioni sperimentali predisposte dalle Unità.

    • Mese 24: Convegno conclusivo di Programma, di natura internazionale, con esposizione al giudizio della Comunità Internazionale sulla validità dei risultati del Programma.

    Testo inglese

    The fourth phase of the programme is devoted to conclusion of the Program. Since dissemination of the technologies and the most advanced methods toward applications of Anthropic Robotics, the fourth phase has the crucial role of preparing all the necessary documents. Key elements of this documentation are: the monographic volume "Methodologies and Integration of Subsystems and Technologies for Anthropic Robotics and Locomotion", and the telematic structure for accessing databases and robotics labs of the various Units. The activities of each single Workpackage are described in detail in the Forms B of the Units coordinating the Workpackages. At this stage, a general description of the fourth phase follows.

    • Months 18-20: Verification of the technical/functional interfaces between the technological/methodological components developed in the various Workpackages according to the specifications adopted in Phase 1.

    • Months 20-24: Layout of the text of the volume "MISTRAL". The book will constitute a reference aimed to the diffusion of the results in scientific envrionments for service robotics applications. The volume will be edited by the Program Coordinating Committee, will consist of several chapters, highly interconnected as far as both style and contents are concerned. These chapters will be prepared by the various Units collaborating to the different Workpackages.

    • Months 18-24: Final installation of the computer-based network connecting both the archives and the laboratories of the various Units, thus enabling remote access both to publications and in some cases to experimental demonstrations set up by the Units.

    • Month 24: Final Program meeting with exposition to the international community of the results achieved by the Program.
    Risultati parziali attesi:

    Testo italiano


    • Perfezionamento della struttura informatica di rete, con disponibilità per gli utenti della visualizzazione di dimostrazioni sperimentali dei risultati.

    • Secondo convegno internazionale.

    • Pubblicazioni su riviste scientifiche e in atti di convegni internazionali su robotica e controllo.

    • Pubblicazione della monografia di Programma.

    Testo inglese


    • Improvement of the computer network, with user access for visualization of the experimental demonstrations of results.

    • Second international meeting.

    • Publications in scientific journals and proceedings of international conferences on robotics and control.

    • Publication of the Program monograph.

    Unita' di ricerca impegnate:

  • BICCHI ANTONIO      
  • BONA BASILIO      
  • DE LUCA ALESSANDRO      
  • MAGNANI GIANANTONIO      
  • MELCHIORRI CLAUDIO      
  • NICOSIA SALVATORE      
  • SICILIANO BRUNO      


  • 2.5 Criteri suggeriti per la valutazione globale e delle singole fasi

    Testo italiano

    La valutazione del Programma può essere fatta preventivamente oppure "in itinere"/"ex post". Si ritiene che si debbano fornire criteri di valutazione riferiti ad entrambe le ipotesi.


    Criteri di valutazione preventiva del Programma
    La valutazione preventiva dovrà riguardare:
    • La qualità e la quantità degli apporti dati dai proponenti alla ricerca scientifica nel settore internazionale della robotica così come si evince dai riferimenti riportati e dalla letteratura tecnica nota a chi giudica il programma.

    • Il grado di omogeneità che si può evidenziare nelle conoscenze disciplinari, negli interessi scientifico-tecnici e negli intenti generali dei proponenti.

    • Le prospettive di accrescimento della conoscenza sia accademica sia tecnico-applicativa.

    • Le prospettive di ampliamento e completamento dei laboratori universitari implicati e di potenziamento in termini di qualità e quantità delle attività sperimentali connesse alla ricerca. In questo quadro sono da valutare altresì le ricadute sulla didattica.

    • Il confronto con i progetti noti ed operanti in campo internazionale.

    Criteri per la valutazione "in itinere" o "ex post"
    Si tratta in generale di valutare i risultati indicati nel Programma al termine di ciascuna fase ricorrendo agli strumenti che seguono:
    • Esame delle pubblicazioni scientifiche, del loro contenuto e della sede di pubblicazione.

    • Verifica dell'attuazione dei convegni previsti dal Programma e riscontro dei risultati in tali sedi riportati.

    • Verifica della struttura informatica di rete e della disponibilità dei rapporti di progetto, in formato elettronico, con il resoconto dei risultati conseguiti.

    • Valutazione della qualità e della significatività delle sperimentazioni che saranno condotte sia dalle singole Unità, autonomamente, sia da gruppi appartenenti a più Unità.

    • Valutazione della qualità del testo con il quale, al termine del progetto, si intende diffondere i risultati delle ricerca anche in ambienti non accademici o di ricerca. La maggiore attenzione sarà posta sugli aspetti relativi al trasferimento della innovazione.

    Testo inglese

    The evaluation of the Program can be carried out at two different stages: in advance or "in itinere"/"ex post". Criteria for both cases will be provided in the following.


    Criteria for advance Program evaluation
    Advance evaluation should consider:
    • The quality and quantity of the contributions given by the participants to the scientific research in the international field of robotics, as it can be inferred from the references quoted as well as from the literature known to the reviewers.

    • The degree of homegeneity regarding the knowledge in the specific area of robot control, as well as in the scientific and technical interests, and in the general intentions of the proponents.

    • The prespectives of knowledge growth from both the academic viewpoint and the application viewpoint.

    • The perspectives of enlargment and completion of the involved university laboratories as well as of enforcement in qualitative and quantative terms of the experimental activities connected to the research.

    • Comparison with known and operative international projects in the field.

    Criteria for "in itinere"/"ex post" evaluation
    The goal is to evaluate the results of the Program at the end of each single phase, by making use of the following tools:
    • Evaluation of the scientific publications, their contents and the relevance of the journal or conference.

    • Verification of the actual occurence of the planned workshops and evaluation of the results reported therein.

    • Evaluation of the quality and significance of the experimental tests that will be carried out both from single Units, autonomously, and from groups collecting several Units.

    • Evaluation of the quality of the book which, at the end of the Program, will be published to disseminate the achieved results both in academy and outside. Major attention will be given to the aspects related to transfer of innovation.

    Parte: III
    3.1 Spese delle Unita’ di Ricerca

    Unità di ricerca Voce di spesa Totale
    Materiale inventariabile
    Grandi Attrezzature
    Materiale di consumo e funzionamento
    Spese per calcolo ed elaborazione dati
    Personale a contratto
    Servizi esterni
    Missioni
    Altro
    Euro Euro Euro Euro Euro Euro Euro Euro Euro
    BICCHI ANTONIO 25  12.911              50  25.823  13  6.714  40  20.658  32  16.527  160 82.633
    BONA BASILIO 45  23.241      20  10.329      40  20.658      26  13.428  15  7.747  146 75.403
    DE LUCA ALESSANDRO 55  28.405      10  5.165  20  10.329  25  12.911      50  25.823  10  5.165  170 87.798
    MAGNANI GIANANTONIO 25  12.911      5  2.582  10  5.165  25  12.911      25  12.911      90 46.481
    MELCHIORRI CLAUDIO 55  28.405      5  2.582      32  16.527  8  4.132  40  20.658      140 72.304
    NICOSIA SALVATORE 33  17.043      16  8.263  9  4.648  20  10.329  10  5.165  32  16.527      120 61.975
    SICILIANO BRUNO 50  25.823      10  5.165  6  3.099  64  33.053      45  23.241  25  12.911  200 103.291
    TOTALE 288 148.740     66 34.086 45 23.241 256 132.213 31 16.010 258 133.246 82 42.349 1.026 529.885


    3.2 Costo complessivo del Programma di Ricerca e risorse disponibili

    Unità di ricerca Voce di spesa
    RD RA RD+RA Cofinanziamento richiesto al MURST Costo totale del programma Costo minimo
    Euro Euro Euro Euro Euro Euro
    BICCHI ANTONIO 10  5.165  40  20.658  50  25.823  110  56.810  160  82.633  130  67.139 
    BONA BASILIO 40  20.658  4  2.066  44  22.724  102  52.679  146  75.403  100  51.646 
    DE LUCA ALESSANDRO 51  26.339      51  26.339  119  61.458  170  87.798  137  70.755 
    MAGNANI GIANANTONIO 16  8.263  11  5.681  27  13.944  63  32.537  90  46.481  70  36.152 
    MELCHIORRI CLAUDIO 25  12.911  17  8.780  42  21.691  98  50.613  140  72.304  110  56.810 
    NICOSIA SALVATORE 11  5.681  25  12.911  36  18.592  84  43.382  120  61.975  82  42.349 
    SICILIANO BRUNO 40  20.658  20  10.329  60  30.987  140  72.304  200  103.291  160  82.633 
    TOTALE 193 99.676 117 60.425 310 160.102 716 369.783 1.026 529.885 789 407.484


    3.3 Costo minimo per garantire la possibilità di verifica dei risultati

    789 M£ 407.484 Euro (dal sistema, quale somma delle indicazioni dei Modelli B)
    789 M£ 407.484 Euro (dal Coordinatore del Programma)



    (per la copia da depositare presso l'Ateneo e per l'assenso alla diffusione via Internet delle informazioni riguardanti i programmi finanziati; legge del 31.12.96 n° 675 sulla "Tutela dei dati personali")




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    Last updated: February 5, 2002
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