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robotICs: do autonomous robots benefit from an Intermittent Control (IC) implementation?

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Nuovo approccio ingegneristico per robot più simili agli umani

Gli umanoidi non possono avere un comportamento poco flessibile in ambienti in cui gli esseri umani si muovono facilmente. Un’iniziativa dell’UE ha proposto un paradigma di controllo ingegneristico alternativo per replicare l’adattabilità e la flessibilità del controllo motorio umano.

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Il controllo intermittente (IC, Intermittent control) utilizza una sequenza di traiettorie di controllo ad anello aperto parametrizzate, i cui parametri vengono regolati con retroazione intermittente. Il progetto ROBOTICS, finanziato dall’UE, ha proposto una realizzazione robotica specifica del modello IC, e ha sostenuto che si tratta di un prezioso elemento mancante negli schemi robotici attuali. I partner del progetto hanno realizzato un modulo IC per effettuare simulazioni. Essi hanno convalidato l’architettura su un sistema fisico che esegue il modulo in tempo reale su un robot umanoide. Tale robot aveva due gambe con sei gradi di libertà: tre sul fianco, uno sul ginocchio e due sulla caviglia. I risultati mostrano che il controllo IC può essere un paradigma naturale ed efficace in un contesto robot. In presenza di attuatori, sensori, sistemi, vincoli, e refrattarietà centrale, rappresenta un meccanismo di controllo adeguato, specialmente quando le letture dei sensori o del modello di impianto sono inaffidabili e/o subiscono un ritardo, il che di solito succede per i robot “soft”. Il paradigma IC è stato ulteriormente studiato e supportato da analisi dei dati relative al partecipante umano. Gli scienziati hanno lavorato sul ruolo dei diversi organi sensoriali che rilevano la posizione delle articolazioni, la lunghezza muscolare e permettono l’orientamento spaziale, al fine di costruire i coefficienti di comando necessari. Sono stati raccolti i dati di un soggetto umano che controlla un compito caratterizzato da equilibrio. Per misurare lo stato del partecipante e distinguere tra le modalità sensoriali, il team del progetto ROBOTICS ha registrato i dati in un ambiente contenente un soggetto umano nel ciclo di lavorazione. I dati rivelano che le analisi IC forniscono una spiegazione deterministica circa i componenti lineari e residui del controllo di posizione del soggetto umano, in assenza di rumore casuale. Attuando il regolatore dell’umanoide con un intervallo ad anello aperto intermittente, i membri del progetto hanno riprodotto la frequenza modale espressa dal controllo motorio umano. Essi hanno dimostrato che questo robot è più resistente alle perturbazioni di sistema quando i guadagni del regolatore sono o troppo bassi o troppo elevati. I risultati mostrano che il controllo intermittente ad anello aperto è adatto e utile. Grazie al progetto ROBOTICS, la progettazione di robot autonomi trarrà benefici dal modello IC proposto. Ciò potrebbe posizionare l’Europa sulla cuspide dello sviluppo di robot bionici vendibili sul mercato.

Parole chiave

Robot, umanoidi, controllo motorio umano, controllo intermittente, ROBOTICS

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