{"id":62728,"date":"2023-11-15T00:20:00","date_gmt":"2023-11-15T00:20:00","guid":{"rendered":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/non-categorizzato\/software-per-robotica\/"},"modified":"2023-11-15T13:33:14","modified_gmt":"2023-11-15T13:33:14","slug":"software-per-robotica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/it\/elettronica\/software-per-robotica\/","title":{"rendered":"Software per robotica"},"content":{"rendered":"\n

Esistono vari livelli di controllo del software da eseguire all’interno di tutti i robot, tranne i pi\u00f9 semplici. Le unit\u00e0 di microcontrollo (MCU)<\/a> e le soluzioni system-on-chip (SoC), incaricate della gestione di sensori e attuatori, di solito utilizzano un sistema operativo in tempo reale (RTOS) o un kernel. <\/p>\n\n\n\n

Massimizzazione delle risorse di sistema con il multitasking RTOS<\/h2>\n\n\n\n

Il vantaggio di utilizzare un RTOS \u00e8 il supporto multi-tasking. Esso fornisce un modo relativamente semplice per programmare numerose attivit\u00e0 su un singolo microprocessore in modo da ottimizzare le risorse e da consentire alle funzionalit\u00e0 del sistema di reagire a eventi esterni. Ad esempio, l’apertura della gabbia di sicurezza deve attivare una sospensione delle attivit\u00e0 in modo da ridurre i rischi per il robot e il personale. La semplice rimozione dell’alimentazione potrebbe essere potenzialmente rischioso. Un RTOS pu\u00f2 attivare tutte le azioni necessarie per posizionare il robot in un stato di immobilit\u00e0, garantendo che non faccia cadere alcun oggetto pesante o causi danni a cose e persone. Ad esempio, \u00e8 possibile ottenere questo risultato spostandosi su un thread del software che ordina ai circuiti elettronici di alimentazione di mantenere i motori nelle posizioni predefinite.<\/p>\n\n\n\n

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Unitamente a software di applicazioni appositamente progettati, un RTOS pu\u00f2 offrire una garanzia precisa della quantit\u00e0 di tempo richiesta per reagire a eventi critici, solitamente segnalati da un’interruzione esterna al microprocessore. Generalmente, questa fase \u00e8 gestita attraverso un gestore di interruzione che pu\u00f2 avviare un thread del software. Attraverso la programmazione preventiva basata sulla priorit\u00e0, lo RTOS garantisce l’inattivit\u00e0 pi\u00f9 breve possibile per questo tipo di risposta nei problemi pi\u00f9 importanti.<\/p>\n\n\n\n

ROS: il sistema operativo per robot<\/h2>\n\n\n\n

In un robot con pi\u00f9 microprocessori e acceleratori dell’hardware (un caso sempre pi\u00f9 comune), ogni nodo dell’azionamento deve essere controllato da un sistema di supervisione che si occupi della pianificazione delle attivit\u00e0 e di un comportamento di qualit\u00e0 elevata. Si tratta di un ruolo generalmente svolto da middleware, come i sistemi operativi robotici (ROS) in esecuzione su microprocessori ad alte prestazioni.<\/p>\n\n\n\n

Oggi, un ROS \u00e8 progettato per essere eseguito su un sistema operativo come Linux piuttosto che su uno a s\u00e9 stante. Inoltre, i ROS non richiedono il comportamento dei RTOS dal sistema operativo sottostante, poich\u00e9 eseguono attivit\u00e0 sul lungo termine e non quelle che necessitano di tempi di risposta di microsecondi. Tuttavia, si sta lavorando per creare implementazioni ROS 2.0 per l’esecuzione su piattaforme RTOS al fine di offrire livelli di risposta maggiori.
Il middleware che compone il ROS offre una serie di servizi che includono l’astrazione dell’hardware da dispositivi di basso livello e il supporto per il passaggio dei messaggi tra i processori per abilitare le architetture multi-processore e la gestione dei pacchetti di software. In genere, i processi vengono rappresentati utilizzando grafici che collegano i nodi, per indicare dove ha luogo l’elaborazione e il metodo di comunicazione dei processi. Le implementazioni ROS sono spesso pacchetti open source che utilizzano piattaforme Linux, per facilitare la gestione delle dipendenze tra i progetti open source. In questo modo il software ROS risulta di facile accesso.<\/p>\n\n\n\n

Nei ROS, i nodi sono processi o moduli software che gestiscono una o pi\u00f9 attivit\u00e0 correlate. Ad esempio, un nodo di elaborazione delle immagini e per telecamere pu\u00f2 elaborare i dati visivi da uno o pi\u00f9 sensori di immagini. Per consentire all’infrastruttura di rete di interconnettersi ai nodi (un’architettura attualmente comune nei sistemi automotive), il ROS supporta TCP\/IP e UDP per la trasmissione del messaggio. I vari nodi e connessioni possono essere descritti utilizzando il formato di descrizione universale dei robot (URDF), cio\u00e8 un formato file XML.<\/p>\n\n\n\n

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Per consentire una condivisione efficiente di comandi e dati dei sensori, il ROS utilizza un meccanismo di publish-subscribe in cui i nodi si registrano per ricevere informazioni su argomenti specifici. In questo modo, gli aggiornamenti su ciascun argomento vengono inviati a tutti i nodi registrati. Il ROS Master consente di tenere traccia di tutti i servizi e gli argomenti. \u00c8 in grado di gestire la registrazione ed esegue un server di parametro per consentire ai nodi di memorizzare e recuperare i dati di configurazione comuni.<\/p>\n\n\n\n

I middleware come il ROS offrono vantaggi quali il riutilizzo e la condivisione del codice. La condivisione del codice consente a tutti gli utenti di avere una base di software comune che favorisce la fase di test e l’affidabilit\u00e0 generale del software. Il ROS non \u00e8 vincolato ai robot fisici, ma supporta anche i robot simulati.<\/p>\n\n\n\n

Il ruolo della simulazione nello sviluppo della robotica<\/h2>\n\n\n\n

Un requisito fondamentale nella progettazione robotica \u00e8 la capacit\u00e0 di simulazione del comportamento in un ambiente virtuale, prima dell’implementazione nell’hardware. Il simulatore consente ai programmi di robotica di essere scritti e sottoposti a debug offline, permettendo lo sviluppo di software in un ambiente privo di rischi e prevenendo il danneggiamento del robot o dell’ambiente circostante in caso di errori gravi nel programma proposto. Infine, \u00e8 possibile testare la versione finale del programma su un robot vero.<\/p>\n\n\n\n

La simulazione offre anche altri vantaggi. I lavori pi\u00f9 complessi possono beneficiare della possibilit\u00e0 di dividere lo sviluppo in pi\u00f9 fasi partendo da modelli semplici di alta qualit\u00e0. \u00c8 possibile utilizzare queste simulazioni nella fase iniziale per stabile l’attuabilit\u00e0 del sistema. Gli ambienti di simulazione sviluppati per la robotica sono progettati per essere compatibili con un’ampia gamma di linguaggi di programmazione e garantire uno sviluppo pi\u00f9 semplice. Inoltre, i tempi di simulazione si riducono grazie alla possibilit\u00e0 di correggere gli errori nella logica di applicazione prima dell’implementazione nell’hardware quando la correzione diventa pi\u00f9 difficile.<\/p>\n\n\n\n

Esistono diversi approcci alla simulazione robotica. Tradizionalmente, la simulazione si concentrava sulla cinematica del movimento del robot per dimostrare la fattibilit\u00e0 e la funzionalit\u00e0 di percorsi e traiettorie.<\/p>\n\n\n\n

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Questo tipo di simulazione inserisce un robot virtuale in uno spazio 3D, mostrando il probabile movimento dei giunti nel mondo reale. Attraverso la simulazione \u00e8 anche possibile determinare l’eventuale capacit\u00e0 del robot di sollevare e manipolare oggetti pesanti o ingombranti senza perdere la stabilit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n

Alcuni simulatori di cinematica utilizzano un insieme semplificato di calcoli, concentrandosi principalmente sulle modalit\u00e0 di rotazione e spostamento degli oggetti, per assicurare che non urtino i bordi di gabbie di sicurezza o celle di lavoro. Altri impiegano simulazioni fisiche pi\u00f9 complesse per misurare le sollecitazioni e altri problemi che possono influenzare le prestazioni del robot sul campo.<\/p>\n\n\n\n

Simulazione delle interazioni tra robot in ambienti dinamici<\/h3>\n\n\n\n

I progettisti devono tenere in considerazione le possibili interazioni che si verificano quando il robot esce dagli ambienti controllati, protetto dalle gabbie di sicurezza, per entrare in aree in cui persone e altri robot si muovono liberamente. Nei progetti robotici mobili, i simulatori che si occupano del comportamento consentono ai progettisti di creare, con un certo livello di astrazione, mondi virtuali che contengono altri oggetti. Una semplice simulazione del comportamento prende in considerazione il movimento di un robot tra un insieme di oggetti fissi. Simulazioni pi\u00f9 complesse coinvolgono l’utilizzo di pi\u00f9 agenti mobili o avatar. Tali simulatori basati sul comportamento possono essere d’aiuto nella progettazione di applicazioni in cui \u00e8 probabile che il robot affronti ambienti complessi. Collisioni e altre interazioni possono insegnargli ad affrontare meglio gli ostacoli. Le simulazioni fisiche sono importanti per stabilire se la cinematica del robot \u00e8 rappresentata in modo preciso.<\/p>\n\n\n\n

Selezione del motore fisico giusto per il vostro robot<\/h2>\n\n\n\n

Gli ambienti di simulazione, come il pacchetto open source Gazebo, sono in grado di generare dati sensore realistici che possono essere danneggiati da diversi livelli di rumore. Gazebo consente di sintonizzare la simulazione su requisiti di applicazione specifici utilizzando, ad esempio, motori fisici diversi. Durante la simulazione di ambienti caotici, viene spesso utilizzato un risolutore di coordinate massimale, come ODE o Bullet. Un risolutore basato su Featherstone, come DART o Simbody, trover\u00e0 pi\u00f9 applicazioni in sistemi articolati come robot umanoidi o robot di produzione complessi. Tutti i motori fisici sono accessibili tramite la stessa interfaccia di programmazione delle applicazioni (API).<\/p>\n\n\n\n

Esistono, tuttavia, dei limiti alla simulazione. Un’applicazione pu\u00f2 solo simulare le caratteristiche e gli eventi per i quali \u00e8 stata programmata. Fattori interni o esterni non vengono rappresentati n\u00e9 simulati, causando possibili problemi durante il processo di trasferimento sull’hardware. Inoltre, spesso \u00e8 difficile costruire scenari sufficientemente rappresentativi, soprattutto quando si tratta di valutare situazioni e comportamenti complessi. Tuttavia, l’esperienza nella trasformazione di progetti simulati in ambienti fisici pu\u00f2 essere utilizzata in futuro per ridurre gli errori.<\/p>\n\n\n\n

Di conseguenza, la simulazione resta uno degli strumenti pi\u00f9 potenti a disposizione degli ingegneri robotici.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Esistono vari livelli di controllo del software da eseguire all’interno di tutti i robot, tranne i pi\u00f9 semplici.…\n","protected":false},"author":29,"featured_media":60834,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"csco_singular_sidebar":"","csco_page_header_type":"","csco_appearance_grid":"","csco_page_load_nextpost":"","csco_post_video_location":[],"csco_post_video_location_hash":"","csco_post_video_url":"","csco_post_video_bg_start_time":0,"csco_post_video_bg_end_time":0,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[1019,198],"tags":[],"coauthors":[1744],"class_list":{"0":"post-62728","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-automazione","8":"category-elettronica","9":"cs-entry","10":"cs-video-wrap"},"yoast_head":"\nSoftware per robotica - KnowHow<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Padroneggiate l'arte del software robotico e dei motori fisici per ottenere prestazioni robotiche di alto livello. 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