Progettazione e verifica sperimentale di un controllore neurale per un rover autonomo da esplorazione planetaria
Autore
Pierluigi Cazzadori - Politecnico di Milano - [2004-05]
Documenti
Abstract
In questo documento verrà trattata la progettazione e la realizzazione della parte riflessiva di un sistema di controllo per un rover da esplorazione spaziale tramite l'utilizzo di un controllore neurale.
Un sistema di questo tipo costituisce l'ultimo anello della catena di controllo ed è essenziale, oltre che per interfacciarsi con sensori e attuatori, anche per gestire gli imprevisti che possono capitare durante le operazioni del robot. In questo modo viene alleggerito il carico di lavoro dei livelli superiori che possono concentrarsi sulla pianificazione delle azioni necessarie al raggiungimento degli obbiettivi di missione.
Nella prima parte del lavoro verranno prese in considerazione le architetture di reti neurali comunemente impiegate e verranno descritti i metodi di addestramento classici.
Verranno poi analizzati i modelli matematici del sistema utilizzati nella fase di apprendimento. Questi modelli sono essenziali per l'addestramento della rete che così può essere svolto anche se il prototipo del robot non è disponibile.
I risultati ottenuti in queste prime fasi di apprendimento non si riveleranno soddisfacenti e questo porterà alla realizzazione di una rete artificiale ricorrente dedicata allo scopo. Questa nuova architettura sarà basata su una rete ricorrente di Elman a cui sono state aggiunte ulteriori connessioni. In questo modo sarà possibile rendere più efficiente la rete di controllo.
Nella seconda parte di questo documento verrà poi mostrato il progetto e la realizzazione dell'elettronica di bordo del rover che ha il compito di interfacciare il controllore vero e proprio con i sensori e gli attuatori di bordo.
Infine verranno illustrati i risultati delle prove effettuate al fine di dimostrare il corretto funzionamento di quanto realizzato, dapprima in forma di simulazione numerica, poi dal punto di vista sperimentale. Per quest'ultima fase è stato utilizzato il prototipo del rover presente nel laboratorio del Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale del Politecnico di Milano.
Un sistema di questo tipo costituisce l'ultimo anello della catena di controllo ed è essenziale, oltre che per interfacciarsi con sensori e attuatori, anche per gestire gli imprevisti che possono capitare durante le operazioni del robot. In questo modo viene alleggerito il carico di lavoro dei livelli superiori che possono concentrarsi sulla pianificazione delle azioni necessarie al raggiungimento degli obbiettivi di missione.
Nella prima parte del lavoro verranno prese in considerazione le architetture di reti neurali comunemente impiegate e verranno descritti i metodi di addestramento classici.
Verranno poi analizzati i modelli matematici del sistema utilizzati nella fase di apprendimento. Questi modelli sono essenziali per l'addestramento della rete che così può essere svolto anche se il prototipo del robot non è disponibile.
I risultati ottenuti in queste prime fasi di apprendimento non si riveleranno soddisfacenti e questo porterà alla realizzazione di una rete artificiale ricorrente dedicata allo scopo. Questa nuova architettura sarà basata su una rete ricorrente di Elman a cui sono state aggiunte ulteriori connessioni. In questo modo sarà possibile rendere più efficiente la rete di controllo.
Nella seconda parte di questo documento verrà poi mostrato il progetto e la realizzazione dell'elettronica di bordo del rover che ha il compito di interfacciare il controllore vero e proprio con i sensori e gli attuatori di bordo.
Infine verranno illustrati i risultati delle prove effettuate al fine di dimostrare il corretto funzionamento di quanto realizzato, dapprima in forma di simulazione numerica, poi dal punto di vista sperimentale. Per quest'ultima fase è stato utilizzato il prototipo del rover presente nel laboratorio del Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale del Politecnico di Milano.
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