Ps nulla di nuovo, sapevo già farlo con Matlab, ma ho capito che ROS ha un potenziale enorme! Questo è solo l'inizio.

Ho appena finito di montare il primo video della serie incentrata su ROS. Lo troverete domani sul canale youtube ☺️

Come primo approccio vi farò vedere come usare Linux e alla fine faremo muovere un robot in simulazione, il tutto senza alcuna installazione!
Spero i miei consigli vi possano aiutare, fatemi sapere, io intanto mi metto al lavoro per il secondo video 😁

ps: per chi non è interessato a ROS non vi preoccupate. La prossima settimana partirà una rubrica tecnica (con un taglio divulgativo) sui bracci robotici 🦾

🐢 In questa serie di video esploreremo le basi di ROS, un meta-sistema operativo che ci consente di creare la "mente" di un robot in maniera semplice. La sua potenza sta nel fatto di poter condividere i propri pacchetti e utilizzare quelli condivisi, ed essendo molto utilizzato il lavoro collettivo rende quello individuale più veloce ed efficace!
ROS può funzionare anche su un vero robot oppure semplicemente su un simulatore come ad esempio Gazebo.

Nel video andremo ad analizzare i principali comandi che si usano nel terminale di Linux in modo tale da poter proseguire rapidamente nei prossimi, infine faremo muovere un robot.

📋 Link ai miei appunti e al codice utilizzato

Visto che la mia tesi è incentrata su un robot industriale vorrei iniziare una rubrica per spiegarvi le varie sfaccettature della meccanica e controllo dei bracci robotici. Quindi ogni settimana vi spiegherò qualcosa di nuovo. Spero l'idea vi piaccia, ovviamente sono sempre aperto a domande e critiche sui singoli futuri messaggi 😁

Partiamo quindi dalle basi!

🦾 La parola braccio robotico è spesso usata come sinonimo di robot industriale, cercando su Wikipedia la prima infatti robot industriale sarà il primo risultato. Questo perché braccio effettivamente è anche sinonimo di lavoro in un certo senso, pensiamo ad esempio alla parola bracciante. Sempre più lavori stanno infatti venendo rimpiazzati da questi robot che hanno la particolarità di essere molto precisi e forti ma anche sicuri dal punto di vista interattivo. Tutto questo è dato da un controllo appropriato che non è sempre facile da ottenere.

🕹Per braccio robotico poi potremmo anche designare un robot giocattolo con le fattezze di robot industriale. Spesso questi non sono dei veri e propri robot perché mancanti del fattore sensitivo ma che è possibile ottenere con un computer e un sensore. Ma di questo ne parleremo un altra volta, torniamo al nostro argomento.

🍜 Un robot industriale come detto ha la caratteristica di essere preciso, non ci servirebbe a nulla infatti un robot che non è in grado di fare ciò che gli diciamo. Inoltre deve poter essere riprogrammato e questo li rende molto versatili. Come potete vedere dalla foto dei Kuka che ho messo qualche giorno fa ovviamente ne esistono di più tipi e ognuno di essi oltre alla grandezza ha delle caratteristiche diverse.

👪 Una peculiarità è sicuramente la distinzione tra "collaborative robot" da quelli classici. Questi sono anche detti Co-bot e sono più adatti a lavorare nello stesso spazio di lavoro dell'uomo. Si tende a far svolgere a questi tipi di robot le mansioni più disparate visto che sono più piccoli e più versatili, addirittura alcuni vengono venduti assieme ad un carrellino robotizzato anche lui come il Kuka iiwa. Purtroppo hanno delle note negative, perdono facilmente la calibrazione e quindi più soggetti ad errori, inoltre sollevano molto meno peso. Ad esempio di iiwa esistono due modelli uno che solleva 7kg e l'altro 14kg.

🏍 Infine oggi vorrei introdurvi il significato di dinamica e cinematica così che la prossima volta potreml proseguire lisci. La cinematica è quella branca della meccanica che studia il moto dei corpi indipendentemente dalle cause che lo provocano. Quindi si concentra su velocità e posizione di un corpo. Mentre la dinamica al contrario studia le cause (quindi le forze).

Una catena cinematica è la semplice rappresentazione di un corpo che tiene conto solo della sua cinematica ed è utile per descrivere i robot ma non solo, nell'immagine per esempio vediamo una catena cinematica del nostro corpo più o meno semplificata.

Un robot non è fatto solamente di posizioni e velocità ma quando si muove esprime anche una forza! Basti pensare alla sola forza che si oppone alla gravità per far stare il nostro manipolatore in piedi.

Alcune delle applicazioni non hanno bisogno dello studio della dinamica poiché queste portano ad ulteriori complicazioni dello studio. In cosa consiste quindi la descrizione della cinematica?

Bisogna in primo luogo immaginare che il robot sia fatto da una serie di linee dette links e da cilindri o punti (detti giunti o joints) che connettono tra loro i links, ciò ci permette di ignorare tutti gli effetti dati dalla massa degli oggetti come proprietà elastiche della materia, attriti e altre forze. Bene per oggi è tutto, continueremo con queste mini pillole ogni settimana per apptofondire un aspetto tecnico della robotica, se avete domande, proposte o critiche fatele pure nei commenti. Inoltre vi ricordo che saranno connesse tra di loro, quindi se vi manca qualche pezzetto teorico vi consiglio di recuperare il messaggio della settimana scorsa 😁

Oggi approfondiamo il funzionamento dei giunti. Ne esistono davvero molti tipi ma i più comuni sono quelli rotoidali e prismatici. Rispettivamente queste due tipologie permettono una rotazione tra i links oppure una traslazione. Come possiamo vedere nell'illustrazione si possono contare 1 giunto rotoidale e 2 prismatici. In genere questi ultimi vengono poco usati e sono tecnicamente scomodi, il link deve infatti letteralmente scivolare dentro il giunto. Un set di giunti rotoidali permettono invece di raggiungere un gran numero di posizioni, provate ad immaginare per esempio il nostro corpo, può infatti raggiungere svariate pose usando solo le sole rotazioni.

Nella catena cinematica abbiamo anche due punti fondamentali che si trovano alle estremità, ma di queste ne parleremo la prossima volta, buon fine settimana ☺️

Due parti fondamentali facili da osservare nei modelli dei manipolatori sono la base del robot e la sua estremità. L'importanza della base sta nel fatto che spesso viene preso come punto di riferimento dal cervello del robot per capire dove si trova l'estremità detta End Effector (EF).

Ovviamente nel caso in cui il nostro
robot abbia le ruote la base sarà mobile e si dovrà fare affidamento su dei sensori per determinare la posizione assoluta del carrellino, ma si può ancora utilizzare la base per conoscere la posizione relativa.

Cibo per la mente 😂

Ho appena pubblicato un articolo sulla corsa dove analizzo la spinta con la fisica elementare, visto che nella robotica la meccanica è molto importante penso che qualcuno di voi possa essere interessato, vi lascio qui la spiegazione, buona serata 😁

Ho appena cambiato la foto di questo messaggio perché era un pugno nell'occhio😁

A breve nuovi minipost tecnici-divulgativi. Qualche richiesta?

Ora che abbiamo un po' più consapevolezza sulle parti del robot posso introdurvi il problema basilare della robotica indurstriale: riconoscere la posizione dell'End Effector 🤙

Quando si parla di posizione di qualcosa bisogna prendere sempre qualcos'altro come riferimento, prendete ad esempio la misura della vostra altezza, il punto 0 del metro parte da terra e non in un punto casuale dello spazio. In genere in robotica con la parola posa si intende non solo la posizione, quindi il punto nello spazio dove si trova l'EF rispetto alla base, ma anche il suo orientamento, afferrare un oggetto dall'alto infatti è molto diverso che prenderlo da un fianco.

E come fa il robot a leggere la propria posa? Qualche settimana fa abbiamo visto che i robot hanno delle parti mobili chiamate giunti, su ogni giunto (spesso integrato nel motore) è presente un sensore detto encoder che fornisce l'angolo di apertura del giunto. Da li si può quindi stimare in che posizione si trova ogni link e quindi quale sarà la posa dell'EF. Questo ambaradan si chiama cinematica diretta, e serve a stimare la posizione nello spazio possedendo come ingresso gli angoli dei giunti.

Il processo contrario si chiama, indovinate un po', cinematica inversa. I calcoli per eseguirla sono molto laboriosi da svolgere a mano però nulla di impossibile per robottini meno complessi. Quando i links cominciano a diventare tanti i computer ci vengono in aiuto, e semplicemente fornendo la posa desiderata dell'EF possiamo trovare le sue possibili configurazioni, ovvero l'insieme degli angoli dei giunto che ci servono per raggiungerla. Perchè é così difficile fare questi calcoli a mano?

L'insieme di punti raggiungibili dal robot si chiama spazio di lavoro ed è quello che potete vedere nell'immagine. Ora provate a tenere il vostro corpo fermo, e a raggiungere un oggetto nello spazio, quindi tenete in mano l'oggetto e sempre da fermi spostate il vostro braccio (per esempio alzando il gomito e ruotando il polso). Noterete che il braccio è in grado di raggiungere un punto in modi diversi nonostante la sua base sia fissata, questa proprietà è detta ridondanza. Quando andremo a calcolare la cinematica inversa dei manipolatori infatti la maggior parte delle volte otterremo più di una combinazione di angoli.

La triangolazione laser è una tecnica che serve a ricostruire digitalmente le geometrie di un oggetto. Il funzionamento è parecchio semplice e si può paragonare agli ultrasuoni dei pipistrelli. Se un fascio laser raggiunge la camera conoscendo esattamente quanto questa sia inclinata è possibile sapere che a una certa distanza c'è qualcosa che fisicamente fa rimbalzare il fascio. Non abbiamo nemmeno bisogno di regole di trigonometria perché il fascio incontrerà l'obiettivo della telecamera sempre alla stessa distanza.

Come utilizzare questa tecnologia?
Attualmente in commercio ci sono diversi scanner che si basano su questo principio. Provate ad immaginare una pistola provvista di questi due elementi in foto, conoscendo esattamente la posizione e l'inclinazione della pistola, basterà muoverla attorno all'oggetto da misurare per ricostruirlo. A questo punto il problema diventa tracciare la pistola, ma che non è argomento di oggi :)

Dopo aver scritto sulla triangolazione laser mi è venuto in mente che da piccolo giocavo con i moduli misuratori di distanza di Arduino. Spesso chiamati anche sensori di prossimità si dividono in infrarossi e ultrasuoni. La triangolazione funziona in maniera simile ma è molte volte più precisa. Quando si misura tramite infrarossi bisogna poi misurare anche la potenza di ritorno del fascio e stimare quanto potrebbe essere andato lontano per aver dissipato una certa quantità di energia, si capisce che questo metodo non è per niente adatto per lavori di precisione. Però questo tipo tipo di sensori si usano molto come nei sistemi allarme perché se non possono misurare con precisione possono essere certi di aver registrato una variazione significativa nell'ambiente circostante 😁

🗺 Ciao ragazzi, sto lavorando ad una tesina da presentare alla domanda per il dottorato. Mentre riflettevo sulle tecnologie già presenti e su quelle che potrebbero essere sviluppate sopraggiunge un idea buffissima. Avete presente i robot aspirapolvere? non vi siete mai chiesti come riescano a creare una mappa dell'ambiente circostante? Questo è uno dei problemi più discusso negli ultimi tempi e viene chiamato SLAM: Simultaneous Localization and Mapping. Il fatto di poter mettere un robot in un qualunque ambiente e far si che persegua il suo obiettivo autonomamente è ancora però pieno di problematiche, tra cui la dinamicità e la memoria limitata.

🫂 È un mondo parecchio interessante ma non è a questo che stavo inizialmente indagando, in Italia vanno molto forti i robot sociali, insomma è brutto da dire ma è qualcosa in grado di far compagnia all'uomo. Ma al momento siamo parecchio lontani dalla completa autonomia di questi sistemi e pensando sia ai possibili problemi che alle risoluzioni mi è venuto in mente il problema dello SLAM, quindi mi sono chiesto: anziché scoprire l'ambiente circostante come si fa nello SLAM, è possibile utilizzare gli stessi metodi per una ricerca del mondo interiore di una persona? Ecco già forse ci troviamo ai limiti della fantascienza, vi cito per esempio la Guida galattica per autostoppisti dove i robot creati dalla società cibernetica Sirio, ancora in via sperimentale, hanno addirittura delle emozioni (per esempio la porta che quando si apre e lascia passare qualcuno prova piacere). Ma davvero sarebbe una buona idea riuscire in questa impresa? E arriviamo all'idea buffa che mi ha spinto a raccontarvi tutto ciò: ok spesso agiamo con logica lo ammetto e fino a li tutto ok, ma per il resto siamo esseri paradossali, capita che la mente si riempia di così tante contraddizioni che se un robot dovesse riuscire ad empatizzare con noi umani probabilmente si romperebbe con tanto di fumo che esce dalle orecchie 😂 Sempre dalla Guida galattica per autostoppisti c'è un personaggio chiave che calza a pennello per questo ragionamento, Marvin il robot paranoico ha un cervello illimitato, ha quindi superato il problema della capacità di calcolo e memoria limitata, ma la cosa triste che tutta questa efficienza lo porta ad un continuo stato depressivo.

Tutto scorre, sia l'ambiente circostante e soprattutto quello interiore, non bisogna aver paura di mettersi in discussione o cambiare idea. Ovviamente non nego che un aiuto esterno possa esistere ma penso che l'unica cosa in grado di navigare tra le nostre contraddizioni interiori sia l'artefice, ovvero ognuno di noi, e consci di questo penso che nessun robot sarà in grado mai di dirci dove indica il nostro cuore. Detto questo torno a lavorare alla tesina di PHD, buona continuazione di settimana 😌

Risorse:
Simultaneous localization and mapping: part I
Marvin il robot paranoico

Spero ci sia ancora qualche appassionato di robotica qui, io nel frattempo sono diventato dottorando :D
Vi segnalo un workshop sabato alle 15.30, andrò ad IRIM2023 (conferenza a Roma) e sarò anche ad uno stand alla Maker Faire questo weekend. Cercando workshops interessanti dal vivo per questo evento ho notato che questo lo trasmettono pure sulla piattaforma TEAMS: https://drive.google.com/file/d/1r3zpuYhqvjGeyRZOsyYmH_e0YUbsDbeo/view

Se invece passate da roma ecco l'intero programma, io sarò alle sessioni poster di sabato e domenica: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1-OYptcFEIrGX199VpQ4aVaP1q8dxU2iz/edit#gid=1941454428