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Robot
Sistema Robotico
Il sistema robotico del Progetto BIOBLU, è composto da tre parti principali:
- Il sistema di rilievo costituito da un UAV (Unmanned Aerial Veichle) che con una rotta automatica scansiona la spiaggia
- Il sistema che acquisisce ed elabora lo streaming video riconoscendo, classificando e rilevando la posizione dei rifiuti
- Il sistema di raccolta dotato di braccio robotico che raccoglie la lista e la posizione dei rifiuti e procede alla loro raccolta
Il drone utilizzato è un Mavic 2 Enterprise Advanced, dotato di ottica 48 MP e zoom 32X, termocamera radiometrica e sistema di posizionamento di precisione “RTK” (Real Time Kinematics), importante per ottenere una posizione precisa e puntuale.
Il drone esegue una missione automatica ad una quota di 10 metri, con uno zoom 2X ed alla velocità di 1 m/s inviando al sistema di analisi ed elaborazione uno streaming video in alta definizione, invia altresì tutti i dati telemetrici fondamentali per associare una posizione ai rifiuti riconosciuti.
L’applicativo sviluppato per riconoscere i rifiuti in spiaggia utilizza una metrica media Average Precision (mAP), una metrica standard utilizzata nei problemi di rilevamento degli oggetti. I rifiuti vengono classificati in logica binaria(waste/no waste) e se riconosciuti come frazioni raccoglibili dal robot, la relativa posizione calcolata tramite i dati telemetrici, viene inserita in una lista di “waypoint” trasmessa quindi al sistema robotico. (sotto un video realizzato nel corso di un test).
Robot
Nella prima fase di sviluppo del sistema robotico, si è cercato di capire quale fosse il più idoneo sistema di trazione, si è quindi fatto un sopralluogo con due sistemi robotici disponibili presso i laboratori DIEEI dell’ Università di Catania. In particolare, una piattaforma cingolata ed una con ruote da off-road sono state testate per studiarne il comportamento su fondi sabbiosi.
Un’ampia sessione di prova è stata condotta presso la zona di Capo Peloro (Messina) che presenta una granulometria di sabbia mista (da grana grossa a ciottoli di dimensioni variabili da 2 a 6 cm). Un’ulteriore prova è stata successivamente condotta presso la spiaggia della Plaia di Catania che presenta caratteristiche di compattezza e granulometria fine simili alle spiagge maltesi.
Tali prove tecniche su campo hanno permesso di vagliare le tipologie di piattaforme presenti sul mercato che in generale offrivano le seguenti caratteristiche comuni:
- Capacità di carico di almeno 200 kg
- Possibilità di movimento su terreni sconnessi
- Dimensioni minime del pianale superiore pari a 100 x 50 cm
- Possibilità di installazione di un braccio robotico
- Possibilità di interfacciamento con framework ROS (Robot Operating System)
Sulla base della consolidata esperienza del gruppo di ricerca su analisi di traversabilità di terreni sconnessi, le prove sperimentali e le riunioni di confronto con i reparti tecnici delle aziende costruttrici, il sistema di locomozione ideale ai fini delle attività di progetto sono le ruote da off-road .
La piattaforma individuata è dotata di quattro ruote motrici ed omnidirezionali, soluzione che garantisce una minore invasività sul terreno rispetto alle classiche piattaforme cosiddette skid-steering con ruote o cingoli. Inoltre, la presenza delle ruote di grandi dimensioni rende la piattaforma capace di muoversi su spiagge con ciottoli, che invece nel caso di sistemi con cingoli potrebbero causare il blocco dell’ingranaggio primario di trasmissione della trazione al nastro gommato.
Sopra un video realizzato nel corso del test preliminare per la trazione eseguito a Capo Peloro (ME)
Braccio robotico
Il gruppo di Robotica, in base alle prove svolte in passato con altri manipolatori di diverse case costruttrici ed alla luce di quanto motivato sopra per la base mobile, ha deciso d’installare un manipolatore con le seguenti caratteristiche:
- Capacità di carico al polso pari a 10 kg (Inclusa pinza)
- Robot collaborativo per interazione sicura con operatori umani
- Estensione braccio superiore a 100 cm
- Possibilità di interfacciamento con framework ROS (Robot Operating System)
Pinza robotica
La manipolazione robotica è uno degli aspetti più delicati di tutta l’operazione di pick and place. La pinza robotica rappresenta la parte più esterna al robot, la stessa che ha il compito d’interagire con l’oggetto da prendere. In particolare, la presenza della sabbia richiede un alto livello di protezione per gli organi meccanici, che altrimenti potrebbero bloccare il sistema di apertura delle dita.
Tra le specifiche necessarie affinché la pinza possa svolgere a pieno il compito per cui si chiede la progettazione deve rispettare le seguenti specifiche:
- Capacità di presa maggiore a 2,5kg
- Apertura della pinza maggiore di 70 mm
- Controllo di posizione/forza
- Classificazione IP > 60
Possibilità di interfacciamento con framework ROS (Robot Operating System).
Il gripper finale, mostrato in foto, è composto dal gripper e da un estensione realizzata attraverso il processo di prototipazione rapida con stampa 3D.
L’aggiunta di questa ulteriore parte ha permesso di aumentare l’apertura della pinza oltre che realizzare una struttura capace di affondare sul fondo sabbioso per recuperare oggetti parzialmente sotterrati.
Sensori principali
Al fine di garantire una ricostruzione 3D dell’ambiente circostante ed evitare collisioni con ostacoli fissi o mobili, si richiede installazione di un sensore capace di:
- Analisi a 360 gradi
- Range di rilevazione pari o superiore a 100 m
- Temperatura di esercizio compresa tra +30°C e +60°C
- Classificazione IP > 60
- Interfacciamento in ambiente ROS
Alla luce delle considerazioni sopra e dell’analisi di mercato il sensore che soddisfa a pieno tale compito è il Velodyne Puck.
PC di controllo
Al fine di monitorare e controllare i robot durante le prove in campo si chiede anche l’autorizzazione all’acquisto di un laptop rugged, in grado di supportare:
- Temperature superiori ai 40 gradi
- Resistere alla polvere
- Resistere allo stress meccanico delle prove in campo
- Batteria a lunga durata
- Monitor ad alta luminositá
Alla luce delle considerazioni sopra e del confronto tra i laptop rugged presenti sul mercato, riteniamo soddisfacente a tali caratteristiche il Dell Latitude 7424 Rugged.
Sopra è mostrata una demo di pick and place con una piattaforma robotica già presente nei laboratori del DIEEI.
Sotto la photogallery di un incontro d’interscambio e prove in campo, organizzato da Giovanni Muscato presso il Polo Tecnologico dell’ Università di Catania al quale hanno partecipato i collaboratori tecnologici dell’ Università di Catania, Università di Messina ed Università di Malta.
I teams di sviluppo delle Università di Catania, Malta e Messina, dopo i vari incontri preliminari, si sono incontrati nelle due aree di test individuate dal progetto, per verificare che il sistema realizzato funzionasse.
La spiaggia di Baia del Tono (Milazzo) e Ramla Bay (Gozo) sono state le aree in cui il robot ha dimostrato le sue capacità di raccolta delle bottiglie. Il sistema di trazione del robot è stato validato in entrambe le due spiagge, le quali sono caratterizzate da differenti granulometriche.
