Progettazione di un'applicazione di tipo "gesture-based" per il controllo di velivoli senza pilota a bordo

Progettazione e programmazione di un interfaccia per il controllo col movimento della mano di un simulatore di UAV.

Riconoscimento di gesti: estensione a pi�� punti del corpo e ad attori multipli

Negli ultimi anni si �� assistito ad una radicale rivoluzione nell���ambito dei dispositivi di interazione uomo-macchina. Da dispositivi tradizionali come il mouse o la tastiera si �� passati allo sviluppo di nuovi sistemi capaci di riconoscere i movimenti compiuti dall���utente (interfacce basate sulla visione o sull���uso di accelerometri) o rilevare il contatto (interfacce di tipo touch). Questi sistemi sono nati con lo scopo di fornire maggiore naturalezza alla comunicazione uomo-macchina. Le nuove interfacce sono molto pi�� espressive di quelle tradizionali poich�� sfruttano le capacit�� di comunicazione naturali degli utenti, su tutte il linguaggio gestuale. Essere in grado di riconoscere gli esseri umani, in termini delle azioni che stanno svolgendo o delle posture che stanno assumendo, apre le porte a una serie vastissima di interessanti applicazioni. Ad oggi sistemi di riconoscimento delle parti del corpo umano e dei gesti sono ampiamente utilizzati in diversi ambiti, come l���interpretazione del linguaggio dei segni, in robotica per l���assistenza sociale, per indica- re direzioni attraverso il puntamento, nel riconoscimento di gesti facciali [1], interfacce naturali per computer (valida alternativa a mouse e tastiera), ampliare e rendere unica l���esperienza dei videogiochi (ad esempio Microsoft 1 Introduzione Kinect�� e Nintendo Wii��), nell���a���ective computing1 . Mostre pubbliche e musei non fanno eccezione, assumendo un ruolo cen- trale nel coadiuvare una tecnologia prettamente volta all���intrattenimento con la cultura (e l���istruzione). In questo scenario, un sistema HCI deve cercare di coinvolgere un pubblico molto eterogeneo, composto, anche, da chi non ha a che fare ogni giorno con interfacce di questo tipo (o semplicemente con un computer), ma curioso e desideroso di bene���ciare del sistema. Inoltre, si deve tenere conto che un ambiente museale presenta dei requisiti e alcune caratteristiche distintive che non possono essere ignorati. La tecnologia immersa in un contesto tale deve rispettare determinati vincoli, come: - non pu�� essere invasiva; - deve essere coinvolgente, senza mettere in secondo piano gli artefatti; - deve essere ���essibile; - richiedere il minor uso (o meglio, la totale assenza) di dispositivi hardware. In questa tesi, considerando le premesse sopracitate, si presenta una sistema che pu�� essere utilizzato e���cacemente in un contesto museale, o in un ambiente che richieda soluzioni non invasive. Il metodo proposto, utilizzando solo una webcam e nessun altro dispositivo personalizzato o speci���co, permette di implementare i servizi di: (a) rilevamento e (b) monitoraggio dei visitatori, (c) riconoscimento delle azioni.

Studio e implementazione di un autopilota su un UAV ad ala fissa

Si riporta inizialmente un���analisi tecnica dell���autopilota Ardupilot, utilizzato con il firmware Arduplane, che predispone la scheda all���utilizzo specifico su velivoli senza pilota ad ala fissa. La parte sostanziale della tesi riguarda invece lo studio delle leggi di controllo implementate su Arduplane e la loro modellazione, assieme ad altre parti del codice, in ambiente Matlab Simulink. Il sistema di controllo creato, chiamato Attitude Flight System, viene verificato con la tecnica del Software In the Loop in un simulatore di volo virtuale modellato anch���esso in Simulink, si utilizza la dinamica di un velivolo UAV di prova e il software FlightGear per l���ambiente grafico. Di fondamentale importanza �� la verifica della compatibilit�� fra il firmware originale e il codice generato a partire dai modelli Simulink, verifica effettuata mediante test di tipo Hardware in the Loop. L���ultima parte della tesi descrive le prove di volo svolte per verificare le prestazioni della scheda su un aeromodello trainer.

Modellistica e determinazione della dinamica di un quadrotor UAV per fini di controllo

Nella tesi vengono proposte una modellazione di un quadrotor affetto da un campo vettoriale incognito aerodinamico e la sua identificazione basata su non linear geometric approach e su reti neurali a funzione di base radiale (RBF). Il non linear geometric approach viene utilizzato per il disaccoppiamento delle componenti incognite aerodinamiche mentre le modellazione RBF dei coefficienti permette di applicare un algoritmo ai minimi quadrati per l'identificazione del sistema. Infine viene implementato un simulatore in ambiente MATLAB Simulink per la validazione della metodologia. Le simulazioni effettuate dimostrano la bont�� del metodo proposto.

Progetto preliminare di un UAV multi-modale

Studio, a livello preliminare, di un sistema a pilotaggio remoto che permetta la sorveglianza e il monitoraggio di zone aeree e marine ad alto rischio e in contemporanea di compiere una raccolta di dati che possa essere inviata in tempo reale ad un utente a terra. Negli ultimi anni si �� sviluppato notevolmente il settore dei velivoli a pilotaggio remoto sia ad ala fissa sia ad ala rotante, per la videoripresa e la fotografia aerea a bassa quota, che �� utilizzata in molti ambiti tra i quali la fotogrammetria, la geologia e l���archeologia, nonch�� per studi scientifici e per la sicurezza. Nel presente lavoro di tesi �� stata studiata la fattibilit�� di un UAV capace di effettuare la sua missione, previa pianificazione, in due ambienti completamente diversi fra loro: l���aria e l���acqua. Cos�� facendo si ha la possibilit�� di acquistare un solo mezzo con costi minori e con un profilo di missione molto pi�� vasto. Lo sviluppo di questo drone, pensato per operazioni di protezione civile, si �� articolato in pi�� fasi: anzitutto si �� cercato di stabilire quale fosse il suo ambito di utilizzo e quali caratteristiche avrebbe dovuto avere. Successivamente si �� iniziato a valutare l���equipaggiamento del velivolo con tutti i sistemi necessari per compiere la sua attivit�� ed infine si �� realizzato un disegno CAD semplificato della sua struttura. La seconda parte del lavoro �� stata incentrata sullo studio preliminare della stabilit�� del velivolo sia in configurazione aerea sia in quella marina andando dapprima a calcolare la posizione del baricentro dell���UAV in modo da avere un velivolo aereo staticamente stabile e a simularne il volo. Successivamente si �� modificato un modello Simulink di un UAV disponibile in rete, adattandolo opportunamente a questo caso per simulare parte della missione e si �� potuto constatare che il velivolo risulta essere stabile; per far questo sono state calcolate diverse derivate aerodinamiche in modo da poter simulare il comportamento dinamico del velivolo. Anche per la configurazione marina sono state calcolate le derivate aerodinamiche pi�� significative ed �� stata realizzata una simulazione per valutare la stabilit�� del ROV, sempre a comandi fissi. In ultima analisi si �� studiata una missione tipica che potrebbe effettuare questo UAV multi-modale: per fare ci�� si �� tracciata in Google Earth una traiettoria cui sono stati aggiunti alcuni modelli CAD nelle fasi principali del volo per far capire come varia la forma del mezzo durante la missione. Lo scenario della missione �� in un contesto di disastro ambientale dovuto ad un incidente in una centrale nucleare vicina al mare, caso che ben si presta alla applicazione di questo mezzo a pilotaggio remoto.

Analisi sperimentale sull'utilizzo del Microsoft Kinect One come sistema di Body Tracking per la realta virtuale in riabilitazione

In questo progetto di tesi sar�� innanzitutto presentato il Kinect One e sar�� fatta una panoramica sull���uso della realt�� virtuale in ambito riabilitativo. In seguito sar�� analizzato l���algoritmo di Body tracking, valutandone il comportamento in diverse situazioni pratiche e poi stimandone la precisione in statica. Sar�� presentato un filtraggio per limitare il rumore in tempo reale e valutarne i pro ed i contro in funzione delle caratteristiche impostabili. Saranno presentate inoltre le metodologie con cui gli algoritmi integrati del Kinect permettono di ricavare una stima dell���orientamento delle parti anatomiche nello spazio ed alcune considerazioni circa le implicazioni pratiche di tali metodologie, anche in base alle osservazioni sul campo ottenute durante i mesi di realizzazione di questo progetto. Lo scopo �� determinare se e come sia possibile utilizzare il Microsoft Kinect One come unico sistema di motion tracking del paziente in applicazioni cliniche di riabilitazione, quali limiti ci sono nel suo utilizzo e quali categorie di scenari e prove potrebbe supportare.