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The first year of activity of the MISTRAL (Methodologies and Integration of Subsystems and Technologies for Anthropic Robotics and Locomotion) national research program is completed and every group is presenting its final relations.
In this page you can find the one by LAR.

For the other ones, check the link page on the MISTRAL web site here.


MINISTERO DELL'ISTRUZIONE DELL'UNIVERSITÀ E DELLA RICERCA RELAZIONE ANNUALE

RESPONSABILE UNITA' DI RICERCA

Anno 2000 - prot. MM09184515_004

 

Responsabile Scientifico dell'Unita' di Ricerca: MELCHIORRI Claudio 
Università Universita' degli Studi di BOLOGNA 
Quota Cofinanziamento MURST 98.000.000 
Quota Cofinanziamento ATENEO 42.000.000 
Totale finanziamento 140.000.000 



Illustrazione dell'attivita' svolta
Relazione e prodotti della ricerca
La U.O. UNIBO è responsabile in MISTRAL del Workpackage TELE, rivolto allo studio del problema di modellistica/controllo di sistemi di telemanipolazione robotica.
In questo ambito, durante il primo anno di attività sono stati sviluppati alcuni risultati di tipo metodologico, sia di modellistica che di controllo, relativi a sistemi di telemanipolazione robotica in presenza di ritardo.
Un primo sforzo è stato quello di raccogliere e uniformare in modo schematico i principali schemi di controllo per questi tipi di sistemi presentati in letteratura e effettuarne un'analisi comparativa da diversi punti di vista.
A tale proposito, oltre ad utilizzare alcuni criteri di confronto già proposti in letteratura, ne sono stati definiti altri. In questo modo, oltre a potere effettuare un confronto su basi oggettive dei vari schemi, è stato anche possibili definire procedure per la sintonizzazione "ottimale" di alcuni parametri di controllo presenti nei vari algoritmi.
Questi risultati sono stati illustrati in alcuni articoli, presentati a convegni o pubblicati su riviste internazionali, si vedano i riferimenti [1]-[5].
Oltre a ciò, è stata anche applicata alla telemanipolazione ed estesa al caso tridimensionale una tecnica di modellistica per la descrizione in un set geometrico delle forze/velocità trasmesse tra master e slave. Questo permette di poter estendere e definire tecniche di controllo in un contesto più generale (geometrico, considerando quindi tutte le sei componenti di wrench e twist) di quanto fatto sinora in letteratura.
In particolare, sono state applicate in questo framework generale tecniche di controllo basate sui concetti di passività e di damping injection.
Queste tecniche, sia di modellistica che di controllo, sono state verificate mediante simulazione.
Infine, è iniziata la costruzione di un set-up di laboratorio che comprende due sistemi robotici (ciascuno a due gradi di libertà) per la telemanipolazione. Su questo apparato, la cui realizzazione proseguirà nel secondo anno, si progetta di eseguire la parte di verifica sperimentale. A tale proposito è stata anche proseguita una attività di tipo ingegneristico per lo studio e l'applicazione al controllo real-time di sistemi elettromeccanici (con particolare riferimento ai manipolatori robotici) del sistema operativo real-time Linux (RTAI-Linux), [6]. Questo ambiente di controllo, basato su una piattaforma tipo PC ed una versione real-time di Linux, consente di sviluppare in modo relativamente semplice e di poco costo efficienti sistemi di controllo e interfacce MMI. Su questa piattaforma Hw/Sw sarà semplice rendere disponibili in rete alcune strumentazioni presenti presso il LAR (Laboratorio di Automazione e Robotica), come previsto dal piano di attività della U.O. Si noti che questo tipo di attività è di interesse nell'ambito di MISTRAL anche per il Workpackage ARCH, coordinato dalla U.O. POLIMI.
Con riferimento alle fasi previste nella proposta originale del progetto (quattro fasi articolate sui due anni), la situazione è la seguente:
Primo anno:
Fase 1: completata
Fase 2: completata al 90%
Secondo anno:
Fase 3: iniziata e completata al 20 %
Fase 3: inizio delle attività.
La fase due non è stata ancora completata in quanto si è preferito privilegiare nell'ultimo periodo l'inizio della Fase tre. In ogni caso le attività non ancora terminate della Fase due sono attualmente in corso di definizione (implementazione controllori complessi in mabiente RTAI-Linux per il robot Comau Smart 3S).

Per quanto riguarda le attività della U.O. di interesse per gli altri Workpackages del progetto MISTRAL, oltre alla già citata attività di interesse per ARCH, si sta in particolare sviluppando un sensore di forza/coppia basato non su tecnologia strain-gauge bensì su trasduttori a deposito diretto in silicio amorfo sulla parte deformata. Questa tecnologia consente la realizzazione di sensori dimensionalmente molto più piccoli di quelli attuali (strain-gauge) e consentirà inoltre il progetto integrato meccanico-elettronico di innovativi dispositivi di questo tipo. Sono in corso prove sperimentali di caratterizzazione su prototipi di laboratorio, che verranno sviluppate e perfezionate nel corso del secondo anno di attività [7]. Questa attività è di interesse per il Workpackage SENS, coordinato da UNIROMA2.
Infine, si è proseguito lo studio di mani robotiche innovative per applicazioni spaziali, sviluppando risultati di tipo sperimentale e contribuendo a fasi di progetto di nuovi dispositivi per questo tipo di applicazione. Querste attività sono di interesse nell'ambito dle Workpackage MANIP, coordinato da UNINA, [8-10].



Partecipazioni a conferenze internazionali
I risultati ottenuti nel corso della ricerca sono stati presentati alle seguenti Conferenze Internazionali e Nazionali:
1) ECC'01, European Control Conference, Seminário de Vilar, Porto, Portugal, 4-7 September, 2001
2) IFAC TA 2001, Conf. on Telematics Applications, Weingarten, G, 24-26 July, 2001.
3) IROS'01, Int. Conference on Intelligent Robots and Systems, Maui, Hawaii, October , 2001.
4) ANIPLA 2001, Ancona, Nov. 2001.
5) Riunione CIRA, Lecce, sett. 2001.



Addestramento di personale
Sulla telemanipolazione, tematica principale di ricerca del progetto, l'Ing. Paolo Arcara ha sviluppato parte consistente della propria tesi di Dottorato (Dottorato di Ingegneria dei Sistemi, XIV Ciclo), mentre l'Ing. Alessandro Macchelli (allievo del Dottorato di Automatica e Ricerca Operativa, XV Ciclo) ha sviluppato parte del lavoro di modellistica nel corso di un periodo di studio presso la Univ. of Twente, NL, sotto la supervisione del Prof. A. van der Schaft. Inoltre, su problematiche relative a parti realizzative e sperimentali, sono state sviluppate presso il Laboratorio di Automazione e Robotica due Tesi di Laurea [11], [12].



Strumentazione acquisita e realizzata
E` stata acquistata la strumentazione di base necessaria per la realizzazione di un set-up sperimentale costituita da: 4 motori Brushless, relative schede di azionamento, un PC, utilizzato per il controllo in tempo reale (RTAI-Linux) con una scheda DSP dedicata. Sono state poi realizzate in parte le parti meccaniche e di sensori di forza necessarie per la realizzazione di due bracci planari a due gradi di libertà.
Inoltre, come già riportato in questa relazione, si è sviluppato un sistema di controllo real-time basato su piattaforma RTAI-Linux. Questo sistema è stato applciato con successo al controllo di un manipolatore industriale a 6 gradi di libertà (COMAU SMART 3S).



Pubblicazioni sulla ricerca, anno 2001
[1] P. Arcara, C. Melchiorri, S. Stramigioli, ``Intrinsically Passive Control in Bilateral Teleoperation MIMO Systems'', ECC'01, European Control Conference, Seminário de Vilar, Porto, Portugal, 4-7 September, 2001.

[2] P. Arcara, C. Melchiorri, ``A Comparison of Control Schemes for Teleoperation with Time Delay'', IFAC TA 2001, Conf. on Telematics Applications, Weingarten, G, 24-26 July, 2001.

[3] C. Secchi, S. Stramigioli, C. Melchiorri, ``Geometric Grasping and Telemanipulation'', IROS'01, Int. Conference on Intelligent Robots and Systems, Maui, Hawaii, October , 2001.

[4] P. Arcara, C. Melchiorri, ``Schemi di controllo per Teleoperazioni: Analisi'', ANIPLA 2001, Ancona, 22-23 nov. 2001,

[5] P. Arcara, C. Melchiorri, ``Control Schemes for Teleoperation with Time Delay: A Comparative Study'', Int. Journ. on Robotics and Autonomous Systems, Vol. 38, no. 1, 2002, pp. 49-64.

[6] A. Macchelli, C. Melchiorri, D. Pescoller, ``An Experimental Set-up for Robotics and Control Systems Research using Real-Time Linux and Comau SMART 3-S Robot'', Workshop on Real-Time Linux, Milan, Nov. 2001.

[7] L. Biagiotti, M. Gavesi, C. Melchiorri, B. Riccò, ``A New Stress Sensor for Force/Torque Measurements'', Submitted to ICRA'02, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, Washington DC, USA, May 11-15, 2002.

[8] L. Biagiotti, C. Melchiorri, G. Vassura, ``Control of a Robotic Gripper for Grasping Objects in No-Gravity Conditions'', ICRA'01,IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, Seoul, Corea, May 21-26, 2001.

[9] L. Biagiotti, C. Bonivento, C. Melchiorri, G. Vassura, ``Control of a three-dof robotic gripper for space applications'', i-SAIRAS'01, Montreal, Canada, June 19-21, 2001.

[10] L. Biagiotti, C. Melchiorri, G. Vassura, ``Position/Force Control of a Arm/Gripper System for Space Manipulation'', AIM'01, IEEE/ASME Int. Conf. on Advances in Mechatronics, Como, I, July 8-11, 2001.

[11] Dietrich Pescoller, "Applicazione di RTAI-Linux per il controllo di un robot industriale", Tesi di Laurea, Univ. Bologna, giugno 2001, Rel. Prof. C. Melchiorri.

[12] Luca Vittuari, "Software di Interfaccia in ambiente Linux per scheda DSP TMS320C32", Tesi di Laurea, Univ. Bologna, luglio 2001, Rel. Prof. C. Melchiorri.




Schema riassuntivo dei fondi utilizzati (cifre spese o impegnate)
Voce di spesa  Spese indicate
nel modello / spese
rimodulate
Cifra spesa o impegnata Descrizione
Materiale inventariabile 55.000.000  8.000.000  Motori brushless, schede controllo 
Grandi Attrezzature   0  Non erano stati richiesti fondi per grandi attrezzature 
Materiale di consumo 5.000.000  4.980.584  Materiale di consumo di laboratorio, diversi 
Spese per calcolo ed elaborazione dati   0  Non erano stati richiesti fondi per spese di calcolo 
personale a contratto 32.000.000  32.000.000  Sviluppo Hw/Sw 
Servizi esterni 8.000.000  7.645.000  Consulenze RT-Linux 
Missioni 40.000.000  5.483.353  Missioni Prof. Melchiorri, Ing. Biagiotti 
Altro   0  Non vi sono spese 
TOTALE 140.000.000  58.108.937    

 

   
 
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