Telerobotica via Web in ambiente estremo.

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Il progetto E-Robot

Nel dicembre-gennaio del 2001/2002 a Baia Terra Nova (Btn), in Antartide, presso la base italiana del Pnra, il Robotlab ha realizzato il primo esperimento di telerobotica via satellite, via Internet dai fondali antartici. Un lavoro interessante nel campo della telerobotica marina, ma senza Internet, era stato portato avanti dall’Ames Research Center della Nasa nel novembre del 1993. Un veicolo sottomarino strutturato per telepresenza (Trov) era stato comandato via satellite dai laboratori Ames negli Stati Uniti per studiare l’ecologia dei fondali marini nei pressi della base americana di Mc Murdo. Nel dicembre 2001 Romeo è stato pilotato via satellite, via Internet, dall’Italia mentre navigava nelle acque di Baia Terra Nova. La stazione di controllo del robot è stata collegata ad Internet e gli scienziati marini hanno potuto seguire le missioni del robot, che navigava sotto i ghiacci dell’Antartide, ed anche pilotarlo, da normali postazioni Internet, grazie ad un comune browser (Ms Explorer, Netscape) su cui era stata lanciata una console di comando creata mediante applet Java (Figura 3). Inoltre, grazie alla collaborazione della Scuola di Robotica, l’associazione culturale impegnata a promuovere la conoscenza della scienza robotica, e di Space, la Fondazione europea per la divulgazione delle scienze e tecnologie spaziali, è stato organizzato il primo concorso nazionale di telerobotica via satellite, aperto agli Istituti Tecnici Professionali. Il 15 gennaio, presso l’Istituto Itis di Arezzo “Galileo Galilei”, si è svolta la premiazione del Concorso organizzato dalla Fondazione Space, durante il quale gli studenti della classe vincitrice hanno potuto pilotare in tempo reale il loro prototipo di macchina fotografica agli infrarossi, installato su Romeo in missione sui fondali antartici.

Procedure e architettura

Come s’è detto, lo scopo primario di un sistema di telerobotica via Internet è quello di fornire la possibilità ad un utente normale, dal proprio Pc, con una connessione standard al world wide web, di teleoperare facilmente un robot operante in ogni parte del mondo. A tale scopo, i robot mobili coinvolti nelle operazioni devono soddisfare alcuni requisiti:
a) i sistemi robotici devono avere un alto livello di autonomia per far fronte agli ovvi ritardi di trasmissione;
b) un minimo di possibilità di trasferimento di dati deve sempre indicare lo stato all’istante, gli eventi e la posizione del robot;
c) la strategia di controllo del robot deve essere più intuitiva possibile, e il tasso di aggiornamento delle immagini video trasmesse deve essere il più alto possibile al fine di fornire all’utente una buona percezione della realtà. Inoltre, nel disegno del sistema in generale deve essere posta una speciale attenzione nella scelta delle componenti hardware e software, allo scopo di tenere bassi i costi per permettere una generale fruibilità. Analizzando la tipica architettura di un sistema robotico teleoperato possiamo individuare tre principali moduli: il robot da tele comandare, l’infrastruttura delle comunicazioni e la Human Computer Interface (Hci) dell’utente.

Il robot romeo

Romeo è l’ultimo protipo di robot sottomarino da ricerca sviluppato al Robotlab del Cnr di Genova. L’architettura di Romeo è costituita da tre Lan Ethernet (superficie, on-board e la Lan nel laboratorio) che possono essere collegate al world wide web. Inoltre, è possibile collegare a Romeo un payload robotico per ricerche scientifiche. La Lan di superficie collega un computer manager di rete (Iper) a una Hci distribuita su diversi computer che permette a uno svariato numero di utenti di interagire con il robot a diversi livelli del sistema di controllo. L’Hci convenzionale per le applicazioni scientifiche è costituita di tre interfacce per il pilota, che telecomanda il veicolo, per il supervisore, che soprassiede il comportamento dell’impianto e l’allocazione delle risorse, e lo scienziato marino, che esamina le immagini in tempo reale e i datidei sensori per selezionare le aree diinteresse. La macchina Iper acquisiscetutti i sensori di superficie del veicolotra cui quelli acustici, il sistema diposizionamento, il Gps e la giro bussola,e gestisce le comunicazioni dall’interfacciaumana e il sistema di controllo del robot sul veicolo, incanalando i dati di telemetria e raccogliendo i comandi dell’utenza. Il sistema di navigazione, guida e controllo di Romeo è stato progettato secondo uno schema di architettura distribuita, denominato networked control architecture (Figura 4), che permette di sviluppare ogni singolo modulo sulla base delle sue specifiche di interfaccia con tutti gli altri elementi del sistema, e di integrarlo agevolmente nel suo ambiente virtuale di sviluppo, denominato Underwater Virtual World. Si tratta di un ambiente di simulazione in tempo reale, in grado di immergere il sistema di controllo di Romeo in una realtà virtuale capace di simulare sia il robot, sulla base di un complesso modello idrodinamico del veicolo, sia il suo apparato percettivo, grazie ai singoli modelli di ciascun sensore. Il tutto viene animato all’interno di una ricostruzione dell’ambiente in cui si svolge la missione. Così come il sistema di controllo è costituito da un numero considerevole di processi, cioè di programmi diversi che girano su macchine diverse, allo stesso modo anche l’Underwater Virtual World è costituito da una rete di calcolatori. Uno di questi è in real time e simula il funzionamento della macchina integrando in tempo reale le equazioni idrodinamiche del robot, per cui a certe spinte dei motori fa seguire evoluzioni simulate della macchina virtuale in uno spazio simulato, fornendo tali dati sia al simulatore del mondo che al sistema di controllo. Poiché la rete locale che supporta tutto il sistema è collegata a Internet, è possibile pensare che alcuni dei nostri moduli risiedano, fisicamente contigui, nello stesso laboratorio, ma è possibile anche pensare che alcuni stiano in un altro laboratorio dello stesso palazzo o in un altro laboratorio in una città differente, creando un laboratorio virtuale che permette la collaborazione attiva in tempo reale fra partner di tutto il mondo.

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