Rules: if you reached the goal to estimate two scan matching and relative pose estimation with Ransac and SVD and are able to discuss at the oral of the exam +1 point @ the final grade if you reach the goal to estimate the whole path estimation (with scan matching and relative pose estimation with Ransac and SVD) with map building (probabilistic better or, alternatively, accumulated point cloud) and are able to discuss at the oral of the exam +2 point @ the final gradeContinua la lettura →

MiRo Lab in collaborazione con FabLab UniTrento ed il Laboratorio di Scienze Fisiche: dalla Teoria alla Pratica con la realizzazione di un accelerometro

Nel cuore del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Trento, il Laboratorio MiRo in collaborazione con il FABLAB UniTrento ed il Laboratorio di Scienze Fisiche ha concluso un’iniziativa volta a combinare teoria e pratica coinvolgendo gli studenti della laurea triennale in Ingegneria Industriale in un’esperienza unica: la progettazione e realizzazione di un accelerometro a massa sismica.

L’Accelerometro: Un Progetto Didattico Completo

L’obiettivo dell’attività era duplice: consolidare le conoscenze teoriche acquisite durante il corso di Misure Meccaniche e Termiche e sviluppare competenze pratiche attraverso l’uso di strumenti di progettazione avanzati e tecniche di prototipazione messi a disposizione dal FABLAB della nostra Università. L’accelerometro, un sensore cruciale in molti ambiti industriali e tecnologici, è stato scelto per il suo valore formativo e la sua ampia diffusione in ambito industriale.

Prototipi di accelerometro a massa sismica realizzati dagli studenti.

Dalla Teoria alla Realizzazione

Durante il progetto, gli studenti hanno affrontato tutte le fasi della realizzazione di un accelerometro, approfondendo sia la progettazione elettronica che la prototipazione meccanica. Per la costruzione del sensore, sono state sperimentate diverse tecnologie: alcuni gruppi hanno utilizzato estensimetri per rilevare deformazioni meccaniche, altri hanno adottato sensori magnetici per misurare variazioni di campo, mentre altri ancora hanno esplorato l’uso di sensori ottici.

In particolare, gli studenti hanno lavorato su tre principali aspetti della realizzazione:

Progettazione e realizzazione Elettronica: I partecipanti si sono dedicati alla progettazione e realizzazione di circuiti per acquisire e amplificare i segnali del sensore, garantendo una lettura accurata e stabile dei dati.

Prototipazione Meccanica: Avvalendosi di stampanti 3D e macchine per il taglio laser disponibili presso il FABLAB UniTrento, i partecipanti hanno progettato e realizzato componenti meccanici necessari per il funzionamento dell’accelerometro, nonché un involucro combinando ergonomia, resistenza e funzionalità.

Sviluppo Software: Gli studenti hanno impiegato un multimetro da banco per verificare il corretto funzionamento del sistema di acquisizione e raccogliere i dati necessari per la taratura e la validazione dello strumento. Successivamente, hanno eseguito la taratura dello strumento sviluppando e applicando specifici algoritmi da loro sviluppati tramite codice MATLAB.

L’Esperienza Educativa

L’attività è stata organizzata in moduli pratici integrati da sessioni teoriche condotte dai team del Laboratorio MiRo, del FABLAB e del Laboratorio di Scienze Fisiche. Gli esperti del FABLAB UniTrento hanno offerto un prezioso supporto, sia teorico che pratico, nell’uso degli strumenti di prototipazione rapida, taglio laser e nella selezione dei materiali più idonei. Parallelamente, il Laboratorio di Scienze Fisiche ha fornito un valido sostegno nella prototipazione elettronica. Il progetto si è distinto per il suo approccio interdisciplinare, permettendo agli studenti di affrontare un problema tecnico reale seguendone tutte le fasi, dalla progettazione iniziale alla realizzazione finale.

Prospettive Future

Alla luce del successo di questa esperienza, il Laboratorio MiRo e il FABLAB UniTrento stanno già pianificando attività simili per il prossimo anno accademico.

 

Continua la lettura →

Please visit this link to access to some general purpose books and notes.

Let me highlight the invaluable booklet written by Luca Baglivo and other colleagues from Mechatronics Department at UNITN that is a real compendium of 2/3 of the course. Here almost the same book up to dated with notes made during the years.

Hereafter teaching and technical material mainly produced during the present 2023-2024 academic year:

PART I – WHEELED MOBILE ROBOTS

• [Wed, 25 September 2024] and 
• [Thu, 26 September 2024] Slides of “Lecture 1 “Introduction to Wheeled Mobile Robots (WMRs) and Mechanical Degrees of Freedom (DOFs)” (video) + “Lecture 2 –  Introduction to dynamic systems with MATLAB – 20240926b” + (video):
  • Autonomous and Wheeled Mobile Robots (WMRs) introduction.
  • Mechanical and theoretical aspects of wheel modeling.
  • Geometric and analytic introduction to unicycle, bicycle/car-like (FD and RD) mathematical constraints and other kinematic models.
  • Mechanics constraints imposed by wheel configuration, WMR mobility, steerability anPART I – WHEELED MOBILE ROBOTSd DOFs.
    • Kinematics and mechanic classifications (and other tips) might be further investigated by having a look at the following document. which is part of the Springer Handbook of Robotics (Siciliano&Khatib).
  • Moreover, I would like to mention some material produced by eminent colleagues about kinematics also in ppt format of colleagues which provide further details about some peculiar aspects of omnidirectional (3,0) WMRs.
  • Here there are some notes about Swedish wheels dynamics and application.

• [Fri, 27 September 2024] and
• [Wed, 16 October 2024] and
• [Wed, 23 October 2024] Slides Lecture 3 “WMR kinematic models – Part 1” (video) + Lecture 4 “WMR kinematic models – Part 2 – MATLAB tutorial” (video) + Lecture 5 “WMR kinematic models – Part 3” (video):
  • An introduction to Unicycle, Bicycle, Car-like and other kinematic models.
  • About mechanics constraints of wheels, WMR mobility and steerability,
  • Kinematics/mechanical classifications and some other tips, one might refer to this document.
  • First Matlab tutorial about Unicycle kinematics, math models and dynamical system evolution.

• Another Matlab tutorial about non-trivial unicycle kinematics, Front- and Rear-Driven Car-like kinematics, etc.
• The slides will be delivered after the tutorial, in order to carry out the exercises.

• [Wed, 23 October 2024] Slides of Lecture 6 “Odometry and numerical integration with MATLAB” (video):
  • Odometry localization with proprio-ceptive sensors.
  • Numerical integration applied to WMRs.
  • The original work of Ziegler-Nichols 1942.

 

PART II – PATH-PLANNING

• [Thu, 24 October 2024] Slides of Lecture 7 “Path planning (Part 1) and a Matlab tutorial”  (video):
  • Starting to link with the path/traj planning issues; a few controller structures are presented.
  • Path and Trajectory “extension” is discussed and the approach correctly addressed with the introduction of the time scaling for kinematic models and the differential flatness for nonlinear dynamic systems.
  • Point-to-point path planning in C-space vs W-space.
  • Polynomial interpolation in both C-space vs W-space.
  • Cubic polynomial interpolation in time, quintic polynomial interpolation to impose initial and final positions, velocities and accelerations at once.
  • Higher-order polynomial fitting to take advantage from specific WMR performance.

• [Fri, 25 October 2024] COMPLEMENTARY: Slides of Lecture 8 “PID tuning with the original Ziegler-Nichols approaches with MATLAB” (video):
  • Dynamic Systems and PID controllers, system stability, transient and permanent regimes and other basic considerations.
  • Introduction to the Ziegler-Nichols self-oscillation and step-response methods, calculations, results and system simulation.
  • MATLAB code.
  • Original publication from Ziegler-Nichols (1942).

• [Wed, 6 November 2024] Slides of Lezione 9 – “Path-planning (Part 2) and the Chained-form transformation with MATLAB” (video):
  • Introduction to system flatness vs. controllability vs. accessibility.
  • Considerations about driftless systems.
  • Nonlinear coordinate change, inputs re-redefinition and eigenvector “self-containing” span (meaning involutivity even without mentioning it!)
  • Chained-form with polynomial inputs.
  • Chained-form application to improve robustness (link).
  • MATLAB tutorial.
  • Further material about unicycle Point-to-point path planning (Minotto – De Cecco) in chained-form and and notes on its use with piecewise constant inputs.

• [Thu, 14 November 2024] Slides of Lecture 10 – Path-planning (Part 3) and the Clothoid approach with MATLAB (video):
  • Clothoid’s approach.
  • Roadmap building online-offline strategies (diagrams, graphs, potential fields.
  • MATLAB tutorial with clothoid implementation.
  • Continuous curvature slides in Italian (Baglivo – De Cecco).

• [Fri, 15 November 2024] Slides of Lecture 11 – “Path-planning (Part 4) and Global Roadmapping with MATLAB” (video): 
  • Canonical problem and C-Space
  • Global planning via optimal searching algorithms
  • A short note about “Voronoi Diagram Based Roadmap Motion Planning“.
  • A few further notes about “Cell decomposition” (exact and approximated).
  • Matlab code.

PART III – PATH AND MOTION CONTROL

• [Fri, 22 November 2024] Slides of Lecture 12 – “Path-planning (Part 5) and APF and motion control with MATLAB” (video):
  • Another short note of “Robot motion planning using exact cell decomposition and potential field methods” coding.
  • Planning via artificial potentials + others.
• [Wed, 27 November 2024] Slides of Lecture 13 – Path and motion control with MATLAB (and more) (video).
  • Cubic polynomical interpolator
  • Feedback control application
  • [VERY IMPORTANT] Comparisons between clothoid approach, cubic interpolation, etc. 

 

In order to aim your efforts, I provide here a sample list of typical questions (UP TO DATED AT 2024-2025).

HERE WE ARE FINALLY !

Continua la lettura →

Continua la lettura →

Condurremo tre  cicli di lezioni interattive impiegando i live script di Matlab e segnali audio ed accelerometrici acquisiti in aula.

Impiegheremo accelerometri ICP ceramici della PCB Piezotronics le cui caratteristiche sono su sito

Qui una introduzione da parte del produttore.

Di seguito gli argomenti trattati durante i tre cicli di lezioni:

1. Misura di similarità tra set di dati, vettori ed estensione ai segnali tempovarianti. Introduzione al concetto della Cross Correlazione tra segnali tempovarianti e suo impiego per la misura dei ritardi temporali e sue applicazioni nei vari ambiti dell’ingegneria con particolare approfondimento ai segnali audio ed accelerometrici.
   1. Qui trovate un live script che introduce i concetti della similarità: pdf e live script
   2. Qui trovate l’applicazione ai segnali tempovarianti discreti (campionati): pdf e live script
   3. Qui trovate l’applicazione alla misura dei ritardi temporali tra segnali audio: pdf e live script
   4. Qui trovate l’applicazione alla misura dei ritardi temporali tra segnali accelerometrici: pdf e live script
2. Trasformata di Fourier.
3. Funzione di trasferimento nel dominio della frequenza.

Continua la lettura →

Here the slides

Here the data

Here an outline manual to follow to do the exercises at home

Continua la lettura →

Please visit this link to access to some general purpose books and notes.

Let me highlight the invaluable booklet written by Luca Baglivo and other colleagues from Mechatronics Department at UNITN that is a real compendium of 2/3 of the course. Here almost the same book up to dated with notes made during the years.

Hereafter teaching and technical material mainly produced during the present 2023-2024 academic year:

PART I – WHEELED MOBILE ROBOTS

• [Wed, 13 September 2023] Slides of Lecture 1 “Kinematics – Part 1” (video):
  • Autonomous and Wheeled Mobile Robots (WMRs) introduction.
  • Mechanical and theoretical aspects of wheel modeling.
  • Geometric and analytic introduction to unicycle, bicycle/car-like (FD and RD) mathematical constraints and other kinematic models.
  • Mechanics constraints imposed by wheel configuration, WMR mobility, steerability and DOFs.
    • Kinematics/mechanical classifications and some other tips, one might refer to this document.
  • Moreover I would like to mention some slides about kinematics also in ppt format of colleagues which clarify some peculiar aspects of omnidirectional (3,0) WMR kinematics.
  • Moreover, here there are some notes about Swedish wheels dynamics and application on mobile robots.

• [Thu, 14 September 2023] Slides of Lecture 2 “Kinematics – Part 2” (video):
  • An introduction to Unicycle, Bicycle, Car-like and other kinematic models.
  • About mechanics constraints of wheels, WMR mobility and steerability,
  • Kinematics/mechanical classifications and some other tips, one might refer to this document.

• [Fri, 15 September 2023] Slides of Lecture 3 “Kinematics – Part 1 and 2 – MATLAB tutorial” (video):
  • First Matlab tutorial about Unicycle kinematics, math models and dynamical system evolution.

• [Wed, 4 October 2023] Slides of Lecture 4 “Kinematics – Part 3” (video):
  • We completed the kinematics model presentations that were still in Lecture 2 slides.

• [Wed, 11 October 2023] Slides of Lecture 5 “Kinematics – Part 3 – MATLAB tutorial” (video):
  • Odometry localization with proprio-ceptive sensors.
  • Second Matlab tutorial about non-trivial unicycle kinematics, Front- and Rear-Driven Car-like kinematics, etc.
  • The slides will be delivered after the tutorial, in order to carry out the exercises.

PART II – PATH-PLANNING

• [Wed, 18 October 2023] Slides of Lecture 6 “Path planning (Part 1) and a MatLab tutorial”  (video):
  • Starting to link with the path/traj planning issues; a few controller structures are presented.
  • Path and Trajectory “extension” is discussed and the approach correctly addressed with the introduction of the time scaling for kinematic models and the differential flatness for nonlinear dynamic systems.
  • Point-to-point path planning in C-space and W-space.
  • Polynomial interpolation in both C-and W-space.
  • Cubic polynomial interpolation in time, quintic polynomial interpolation ti fix initial and final positions, velocities and accelerations at once.
  • Higher-order polynomial fitting to take advantage from specific WMR performance.

• [Thu, 19 October 2023] Slides of( FLASHFORWARD) Lecture 7 “PID controller and tuning with the Ziegler-Nichols approaches and MATLAB tutorial” (video):
  • Dynamic Systems and PID controllers, system stability, transient and permanent regimes and other basic considerations.
  • Introduction to the Ziegler-Nichols self-oscillation and step-response methods, calculations, results and system simulation.
  • MATLAB code.

• [Fri, 20 October 2023] Slides of Lecture 8 “Chained-form and MATLAB tutorial” (video):
  • Introduction to system flatness vs. controllability vs. accessibility.
  • Considerations about driftless systems.
  • Nonlinear coordinate change, inputs re-redefinition and eigenvector “self-containing” span (meaning involutivity even without mentioning it!)
  • Chained-form with polynomial inputs.
  • Chained-form application to improve robustness (link).
  • MATLAB tutorial.
  • Further material about unicycle Point-to-point path planning (Minotto – De Cecco) in chained-form and and notes on its use with piecewise constant inputs.

PART III – PATH AND MOTION CONTROL

• [Wed, 25 October 2023] Slides of Lecture 9 “Path-planning and motion (with a bit of control) – Part 2 and a MATLAB tutorial” (video):
  • Clothoid’s approach.
  • Roadmap building online-offline strategies (diagrams, graphs, potential fields.
  • MATLAB tutorial with clothoid implementation.
  • Continuous curvature path planning (Baglivo – De Cecco).

• [Fri, 27 October 2023] Slides of Lecture 10 “Roadmapping – Part 1: the global planning” (video):
  • Canonical problem and C-Space
  • Global planning via optimal searching algorithms
  • A short note about “Voronoi Diagram Based Roadmap Motion Planning“.
  • Another short note of “Robot motion planning using exact cell decomposition and potential field methods” coding.
  • A few further notes about “Cell decomposition” (exact and approximated).

• [Fri, 1 December 2023] Slides of Lecture 10 “Pure pursuit motion and control and a MATLAB tutorial” (video):
  • About two-wheels kinematics and Heuristic-based control (e.g. bicycle and a rhombic cart).
  • Further material about algebra and geometry of a 2-steerable and actuated wheel vehicle.
  • An example in Matlab that implement the Pure Pursuit path control and another geometric method. Here the MATLAB files main file with two examples of control law
  • Material is in the Mobile Robotics article here and here but you can find anywhere in the net other examples of heuristic controllers
  • A link to an interesting document from Carnegie Mellon University.

• [Fri, 17 November 2023] Slides of Lecture 11 “Path-following with Cubic Interpolator and feedback control and a Matlab Tutorial” (video).
  • Cubic polynomical interpolator
  • Feedback control application

• [Fri, 22 November 2023] Slides of Lecture 12 “Roadmapping with artificial potential field method and others – Part2” with a MATLAB tutorial (video):
  • Voronoi
  • Planning via artificial potentials + others

• done !

In order to aim your efforts, I provide here a sample list of typical questions.

WHAT ABOUT A STUDENT INTERACTIVE LESSON?

2022-2023 Interactive Lesson in Mobile Robotics: path planning

Continua la lettura →

Foto – Workshop sulla parte di stampa 3D e proggetazione della meccanica e del principio di trasduzione dell’accelerometro, tenuto da me e Luca Vassallo il 02/05.

Di seguito i 6 gruppi:

Dimensioni micrometro che dovreste utilizzare per effettuare la taratura della misura di spostamento relativo:

Date importanti:

• 2 maggio ore 15:00 workshop stampa 3D meccanica. Qui le slide proiettate da Luca. Qui i miei appunti sui possibili principi di trasduzione della accelerazione.
• 9 maggio ore 15:00 workshop elettronica. Qui le slide proiettate da Alessandro.
• 16 maggio ore 13:30 revisione critica progetti
• 5 giugno alle 10:30 in aula solita lezioni. Portate vostro PC che collegherete al proiettore dell’aula esponendo una sintesi del vostro progetto sia parte elettronica che meccanica. In questo modo condivideremo assieme (docenti e vostri colleghi studenti) e potremo certamente migliorare/evolvere i progetti in essere .

 

GRUPPO 3

Funzionamento:
Il nostro accelerometro è un sensore in grado di misurare l’accelerazione lungo un asse. Esso è basato su un
sistema massa-molla-smorzatore, dove lo scostamento della massa rispetto al telaio è proporzionale
all’accelerazione che sperimenta. Lo scostamento della massa viene misurato attraverso una trasduzione
ottica differenziale. Per realizzare la trasduzione sono presenti due coppie di LED e fototransistor fissi a
telaio, mentre tra di loro si interpone una maschera connessa alla massa mobile. Le maschere sono a V, una
verso l’alto e l’altra verso il basso, cosicché uno spostamento della massa consiste in un aumento della
quantità di luce che arriva su un fototransistor, e una diminuzione per l’altro. Il fototransistor produce una
corrente proporzionale alla quantità di luce incidente; la corrente viene convertita in un segnale di tensione
grazie all’OpAmp OP07. Infine viene fatta la differenza dei due segnali con l’amplificatore differenziale
AD623, il quale consente anche di amplificarla.

Progettazione:
La parte meccanica è stata prodotta mediante stampa 3D. I disegni delle parti meccaniche sono stati
realizzati sul software Fusion360, il quale permette un disegno parametrico. Questi sono stati poi trasferiti
sul software Cura per creare i file di slicing, contenenti il g-code necessario per la fabbricazione.
L’approccio di progettazione è stato quello di realizzare dei collegamenti mobili, regolabili (e. g. asola invece
che foro) per poter modificare le posizioni e i parametri del sensore.
Per la parte elettronica si è pensato di riutilizzare, date le somiglianze, il circuito di trasduzione adoperato in
un encoder ottico, e di mandare in input ad un amplificatore differenziale i segnali generati dai
fototransistor.
Il circuito è stato disegnato su KiCAD, e da esso si è realizzato il progetto per fabbricare la PCB. Prima di
produrre la PCB si è verificato che il circuito funzionasse realizzandolo su una breadboard. Infine è stata
prodotta la PCB con una fresa CNC, e i componenti sono stati saldati.

QUI per altri dettagli

 

 

 

GRUPPO 1

 

 

 

GRUPPO 4

Continua la lettura →

Interactive lesson – Alessandro Assirelli

Program

1. Introduction to optimal control and how can we solve it

2.CasADi (click here: intro_casadi)

3. Trajectory optimization

4. MPC (click here: Main_OCP)

 

YOU CAN DOWNLOAD ALL THE MATLAB CODES HERE

Continua la lettura →

Continua la lettura →