Robotica: Sistemi Robotici Distribuiti

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Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Robotica e dell'Automazione

Parte del Corso di Robotica, costituito da

1) Controllo dei Robot: Prof. Antonio Bicchi
2) Sistemi Robotici Distribuiti: Prof.ssa Lucia Pallottino

Il corso ha una pagina sul sistema E-learning della scuola con tutto il materiale e le informazioni. Gli studenti sono tenuti ad iscriversi al corso sulla piattaforma moodle:

RICEVIMENTO

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MATERIALE

Le dispense (in Material) e il Programma del corso sono in fase di scrittura e quindi soggetti a modifiche.

Il corso si basa sui seguenti testi:

  • Stephen M. LaValle, "Motion Planning Algorithms", Cambridge University Press, 2006.  (Disponibile online)
  • Mehran Mesbahi & Magnus Egerstedt, "Graph Theoretic Methods in Multiagent Networks", Princeton University Press, Princeton, NJ, Sept. 2010.
  • Nancy Lynch, "Distributed Algorithms" Elsevier, Morgan Kaufmann, 1996.
  • Bruno Siciliano, Lorenzo Sciavicco, Luigi Villani, Giuseppe Oriolo, "Modellistica Pianificazione e Controllo", McGraw Hill, 2008.

COMUNICAZIONI

Eventuali modifiche di aula e/o orario o altre notizie verranno comunicate via mail. Gli studenti sono pregati di iscriversi al gruppo Google:
Studenti_Robotica_UNIPI, riportando Nome Cognome e numero di matricola.

 

ISCRIZIONI ESAMI

Gli studenti, prima di sostenere l'esame, devono iscriversi attraverso il sito di Ateneo e contattare il docente

Iscrizione agli esami di ROBOTICA

 

REGISTRO DELLE LEZIONI

Le dispense del corso sono scaricabili dalla sezione "Material"

 Data 

 Ore 

 Argomento 

 Dispense 

26/09/16

  3 

Introduzione al corso e modalita' di esame. 

 Introduzione
 

03/10/16

  3

Introduzione ai sistemi robotici multi-agente. Classificazione delle tipologie di interazione e delle tipologie di comportamento. Introduzione alla teoria dei Grafi. Grafi connessi, sotto-grafi, grafi pesati, grafi orientati. Grafi bilanciati, Matrici associate ai grafi: matrice del grado, matrice di adiacenza. Esempi

 

 Introduzione,
 Teoria dei  Grafi 

04/10/16

  2

Matrici associate ai grafi: matrice di incidenza, Laplaciano. Analisi spettrale, Potenziale del Laplaciano, esempi. Teorema connettivita' di grafi non orientati. Rilevanza e ruolo degli autovalori del Laplaciano. Taglio di un grafo.

Teoria dei Grafi. 

06/10/16

 2

Analisi spettrale del Laplaciano di grafi orientati e pesati, esempi, Teorema connettivita' di grafi orientati. Introduzione all'ottimizzazione discreta. Applicazione alla pianificazione del moto di robot in ambienti con ostacoli: metodo basato su roadmap e grafo di visibilità e metodo basato su celle. Algoritmi di esplorazione in avanti, esempi. Algoritmi Breadth first, Algoritmi Depth First.  

 Teoria dei Grafi. Pianificazione Discreta

10/10/16

  3 


Esempi su algoritmi di esplorazione in avanti.  Algoritmo di Dijkstra (con prova di ottimalità), Algoritmo A*, Esempi. Introduzione alla programmazione dinamica.  Principio di ottimalità di Bellman.

 Pianificazione Discreta

13/10/16

  2  

Ricerca di cammini ottimi a lunghezza fissata, backward value iteration e forward value iteration, esempi

 Pianificazione Discreta

17/10/16

  3  

Pianificazione ottima a lunghezza variabile. Esempi. Introduzione al problema della pianificazione del moto. Modelli geometrici: trasformazioni dei robot, spazio delle configurazioni, ostacoli, spazio delle configurazioni libero da ostacoli. Concetti di spazio topologico e varietà per la descrizione dello spazio delle configurazioni

 Pianificazione Discreta, Metodi di pianificazione del moto 

20/10/16

 2

Esercitazione ROS, installazione macchina virtuale, Concetti fondamentali: Nodes, Messages and Topics, Services, ROS Master, Parameters, Stacks and packages. Introduzione turtle sim. ROS development environment setup, ROS packages structure, ROS Integration with KDevelop

 ROS

24/10/16

 3

Introduzione agli algoritmi di pianificazione, concetto di completezza, completezza basata su risoluzione e completezza probabilistica. Algoritmi di pianificazione combinatorici. Concetto di roadmap. Decomposizioni approssimate in  celle, Decomposizione esatta in celle: decomposizioni trapezoidali, decomposizioni triangolari. Visibility maps, diagrammi generalizzati di Voronoi.

 Metodi di pianificazione del moto  

27/10/16

 2

Introduzione alla pianificazione del moto basata su campionamento. Accenni di teoria del campionamento. Concetto di denso in probabilità. Tecniche per il rilevamento di collisioni per corpi rigidi, metodo di raffinamento.Rilevamento di collisioni lungo cammini.

 Metodi di pianificazione del moto

03/11/16

 2

Algoritmi generici di costruzione dell'albero basati su campionamento. R-disk random Grpah, Teorema di Penrose. Rapidly Exploring Dense Tree (RDT), Rapidly Exploring Rando Tree (RRT), struttura dati KD-tree.

Metodi di pianificazione del moto

07/11/16

 3 

Probabilistic roadmap, Visibility Roadmap, RRT, scelta raggi di campionamento legame con Teorema di Penrose, PRM* e RRT*. Introduzione ai vincoli cinematici, caso di cammino minimo per veicolo di Dubins.

Metodi di pianificazione del moto

10/11/16

  2

 RRT* e caso di pianificazione con vincoli cinematici. Pianificazione basata sui potenziali.

Metodi di pianificazione del moto

14/11/16

  3

Bug algorithms come esempi di pianificazione basata sul comportamento. Introduzione agli algoritmi distribuiti su reti sincrone. Algoritmi distribuiti su reti sincrone: algoritmi distribuiti, misure di complessita', Algoritmo di Leader Election, Esempi. Algoritmi distribuiti di ricerca su grafi, Introduzione all'Algoritmo Breadth-First.

Algoritmi distribuiti su reti sincrone

17/11/16

  2

Simulazione in Matlab algoritmi Leader Election e costruzione albero Breadth First. Spedizione messaggi in broadcast. Puntatore ai figli. Algoritmo distribuito per calcolo cammini minimi, Esempi.

Algoritmi distribuiti su reti sincrone

21/11/16

  3

Introduzione al Protocollo del Consenso, Consenso su reti non orientate, Consenso su reti non orientate, problema del Rendezvous. Consenso su reti orientate e pesate. Teoremi di convergenza. Esempi. 

Protocollo del Consenso

22/11/16

 3

Consenso in tempo discreto. Matrice di Perron, matrici irriducibili e primitive. Scelta del passo di campionamento, teoremi di convergenza. Consenso su reti dinamiche, reti connesse e costanti a tratti.

Protocollo del Consenso

24/11/16   2

Simulazione in Matlab algoritmi di Consenso con grafi non orientati e orientati. Consenso su reti con ritardo. Introduzione al controllo in formazione. Formazioni ammissibili, scale e translational invariant. Formazioni rigide, matrice di rigidezza.

Protocollo del Consenso, Formazioni
28/11/16   3

Grafi Persistenti esempi, Formazioni caratterizzate da Configurazioni relative, esempi. Controllo lineare di formazioni caso statico, shape formation. Seminario su tecniche di pianificazione per manipolatori

Formazioni
29/11/16   2

Formazioni con configurazioni relative, caso singolo integratore, doppio integratore, caso lineare. Introduzione alla Formazione di unicicli: comportamento sincronizzato, bilanciato, spaziato

Formazioni
01/12/16  2 

 

Esercitazione: Esercitazione ROS su Publishing messages to topics, Subscribing to topics 

Formazioni
12/12/16  3 Formazione di unicicli, controllo distribuito per lo spacing. Problema del Coverage, grafi immersi, grafi planari e triangolazioni planari perfette, grafi di Gabriel e leggi di controllo distribuite per il coverage. Coverage basato su diagrammi di Voron Formazioni
15/12/16  2
Esercitazione ROS: publishing and subscribing with c++ API, differential drive robots control, roslaunch usage
 
 
16/12/16  2  Esercitazione ROS:  multiple robots control, robots synchronization, custom messages in ros  

 

Information

Exam info:

L'esame è orale, chi vuole può approfondire un argomento di interesse studiando e implementando un articolo scientifico oppure lavorando su un progetto della durata massima di 2 mesi in laboratorio su robot mobili. 

Receiving times:

Venerdì ore 14.30-16.30 presso Centro Piaggio

Course program: