Fondamenti di robotica — Guida allo studio
Fondamenti di robotica — Un percorso strutturato in robotica, controllo, agricoltura in ambiente controllato, energia ed elettronica di potenza.
Un percorso strutturato in robotica, controllo, agricoltura in ambiente controllato, energia ed elettronica di potenza.
- Guida allo studio · 2 min di lettura
Roadmap per la robotica indoor: dai sensori al controllo del movimento.
Collega rilevamento, localizzazione, mappatura, pianificazione e controllo, quindi scegli a reading path for the system you want to build.
- Fundamentals · 6 min di lettura
Introduzione a ROS 2: distribuzione sicura del controllo dei robot tra nodi, argomenti e DDS.
ROS 2 è un middleware per la robotica che suddivide le fasi di rilevamento, percezione, pianificazione e controllo in processi separati, collegandoli tramite comunicazione DDS. Questo articolo illustra nodi, argomenti, servizi, azioni, QoS, TF2, ciclo di vita, implementazione e debug, nonché le differenze rispetto a ROS 1 e le precauzioni operative da adottare nel mondo reale, con l'ausilio di diagrammi.
- Fundamentals · 3 min di lettura
Trasformazioni di coordinate robotiche: matrici, quaternioni e TF
Utilizzare un esempio numerico per collegare rotazione, traslazione, trasformazioni inverse, quaternions and ROS frames.
- Hands-on · 6 min di lettura
Riproduzione dei guasti del robot con rosbag2: input, TF e tempo
Creare confronti di replay controllati e diagnosticare i publisher TF duplicati and mixed time sources.
- Fundamentals · 7 min di lettura
Guida introduttiva alla navigazione a stima (Dead Reckoning): Integrazione di ruote, IMU e GNSS per tracciare il movimento di un robot.
La navigazione inerziale (dead reckoning) è la tecnica fondamentale per aggiornare la posizione e l'assetto di un robot integrando la rotazione delle ruote, le letture dell'IMU e i sensori di velocità. Questo articolo tratta la cinematica dei sistemi a trazione differenziale, l'accumulo degli errori, la correzione basata sull'EKF (Enhanced Kalman Filter) e le implementazioni nei robot di trasporto indoor e nella guida autonoma, con equazioni e diagrammi.
- Fundamentals · 23 min di lettura
Guida introduttiva a LiDAR-SLAM: come capire "dove mi trovo" grazie alle nuvole di punti laser.
Una telecamera deduce la distanza indirettamente dai modelli di luce riflessa; un LiDAR misura la distanza direttamente dal tempo di volo di un impulso laser. LiDAR-SLAM è la tecnologia basata sulla registrazione delle nuvole di punti restituite da questo sensore di distanza attivo. Questo articolo procede sistematicamente dai due pilastri della corrispondenza di scansione, ICP e NDT, attraverso la progettazione delle caratteristiche di LOAM, Loop Closure e Graph SLAM, fino alla discendenza degli algoritmi di riconoscimento dei punti di riferimento: LeGO-LOAM, Cartographer, LIO-SAM, FAST-LIO2.
- Hands-on · 3 min di lettura
Perché ICP fallisce: inizializzazione, valori anomali e geometria simmetrica
Eseguire la registrazione 2D e distinguere i residui, la copertura di corrispondenza e true pose error.
- Fundamentals · 18 min di lettura
Introduzione alla fusione dei sensori: costruire un modello globale unico a partire da molti sensori.
Una fotocamera eccelle nel significato, un LiDAR nella geometria, un'IMU nel movimento, e ognuno di essi ha il proprio punto cieco. Dalla matematica probabilistica e basata sull'ottimizzazione che li fonde (filtri di Kalman, grafi fattoriali) ad accoppiamenti concreti come VIO (fotocamera×IMU), LIO (LiDAR×IMU) e BEV Fusion (fotocamera×LiDAR), un percorso sistematico che illustra come la fusione dei sensori trasforma diversi sensori in un unico modello del mondo.
- Fundamentals · 5 min di lettura
Perché la fusione dei sensori fallisce: tempistica, fotogrammi e calibrazione estrinseca
Diagnosticare i guasti di fusione tramite timestamp, frame di coordinate, montaggio geometry and covariance.
- Fundamentals · 18 min di lettura
Guida introduttiva a VIO/LIO: combinare un'IMU con una telecamera o un LiDAR per l'autolocalizzazione.
Una telecamera da sola, o un LiDAR da solo, presenta dei limiti in determinate situazioni. La combinazione di uno dei due sensori con un'IMU (accelerometro + giroscopio) ovvia a questa debolezza: questo è ciò che fanno VIO (Visual-Inertial Odometry) e LIO (LiDAR-Inertial Odometry). Partendo dal perché un'IMU da sola non sia in grado di ricostruire la posizione, questo articolo analizza le due filosofie di progettazione – quella basata sui filtri e quella basata sull'ottimizzazione – e gli algoritmi di riferimento di ROVIO, OKVIS, VINS-Mono e OpenVINS, fino a LIO-SAM e FAST-LIO2.
- Hands-on · 3 min di lettura
Come valutare SLAM: ATE, RPE, tempo di esecuzione e guasti
Utilizzare traiettorie sintetiche per distinguere gli errori assoluti e relativi, quindi define matching, alignment and failure reporting for an evaluation.
- Fundamentals · 14 min di lettura
Introduzione alla cinematica dei bracci robotici: cinematica diretta, cinematica inversa e matrice jacobiana.
La cinematica diretta determina la posizione e l'orientamento della mano a partire dagli angoli delle articolazioni; la cinematica inversa risolve il problema inverso; e la matrice jacobiana collega le due attraverso la "velocità". Dalla costruzione di trasformazioni di coordinate con parametri DH, passando per la cinematica inversa analitica, la cinematica inversa numerica (minimi quadrati smorzati), le singolarità e i gradi di libertà ridondanti: una descrizione sistematica e completa della cinematica che governa il movimento di un braccio robotico.
- Fundamentals · 17 min di lettura
Introduzione al controllo della forza e al controllo dell'impedenza: costruire un robot in grado di toccare
Partendo da ciò che accade effettivamente nell'istante in cui un braccio robotico a controllo di posizione tocca un oggetto rigido — e dal perché questo renda impossibili attività di assemblaggio, lucidatura e contatto umano — questo articolo analizza il controllo di impedenza, che collega forza e spostamento tramite una molla, uno smorzatore e una massa virtuali; il controllo di ammettenza, che inverte tale causalità; e il controllo ibrido posizione/forza, che separa posizione e forza in base alla direzione spaziale, sviluppando i concetti attraverso equazioni e diagrammi.
- Fundamentals · 10 min di lettura
Introduzione ai sistemi idraulici: dal principio di Pascal al controllo della forza nei robot.
Perché un piccolo input può muovere il braccio massiccio di un escavatore idraulico? Questo articolo considera la pompa, le valvole di controllo, il cilindro, il fluido idraulico, i sensori e il sistema di controllo come un unico circuito chiuso, illustrando le equazioni di pressione/portata/efficienza, le tecnologie attuali nelle macchine edili e agricole, la conversione elettroidraulica e le ricerche in corso, con l'ausilio di diagrammi.
- Fundamentals · 6 min di lettura
Guida introduttiva ad ArduPilot: stima dello stato, controllo e progettazione della missione per un autopilota.
ArduPilot è un sistema di autopilota open-source che implementa la fusione dei sensori di un veicolo, il controllo di assetto/posizione, le missioni di navigazione e i sistemi di sicurezza. Questo articolo illustra le differenze tra Copter, Plane e Rover, oltre a EKF, PID, MAVLink, SITL e i test di sicurezza su veicoli reali, con relativi diagrammi.
- Fundamentals · 14 min di lettura
Guida introduttiva al controllo di sciami (multi-robot): creazione di gruppi, formazioni e consenso.
Il controllo di sciami risolve problemi che un singolo robot non può affrontare, utilizzando semplicemente "regole locali" applicate a molti robot. Dalla riproduzione del comportamento di gruppo con i Boid, passando per gli algoritmi di consenso per raggiungere un accordo, fino ai tre approcci al controllo di formazione — leader-follower, strutture virtuali e basato sul comportamento — questo articolo organizza sistematicamente il campo attorno alla distinzione tra architetture centralizzate e decentralizzate.