Nonlinear Control Strategies for Cooperative Control of Multi-Robot Systems

This thesis deals with distributed control strategies for cooperative control of multi-robot systems. Specifically, distributed coordination strategies are presented for groups of mobile robots. The formation control problem is initially solved exploiting artificial potential fields. The purpose of the presented formation control algorithm is to drive a group of mobile robots to create a completely arbitrarily shaped formation. Robots are initially controlled to create a regular polygon formation. A bijective coordinate transformation is then exploited to extend the scope of this strategy, to obtain arbitrarily shaped formations. For this purpose, artificial potential fields are specifically designed, and robots are driven to follow their negative gradient. Artificial potential fields are then subsequently exploited to solve the coordinated path tracking problem, thus making the robots autonomously spread along predefined paths, and move along them in a coordinated way. Formation control problem is then solved exploiting a consensus based approach. Specifically, weighted graphs are used both to define the desired formation, and to implement collision avoidance. As expected for consensus based algorithms, this control strategy is experimentally shown to be robust to the presence of communication delays. The global connectivity maintenance issue is then considered. Specifically, an estimation procedure is introduced to allow each agent to compute its own estimate of the algebraic connectivity of the communication graph, in a distributed manner. This estimate is then exploited to develop a gradient based control strategy that ensures that the communication graph remains connected, as the system evolves. The proposed control strategy is developed initially for single-integrator kinematic agents, and is then extended to Lagrangian dynamical systems.

Multi Processor Systems On Chip with Configurable Hardware Acceleration

The evolution of the electronics embedded applications forces electronics systems designers to match their ever increasing requirements. This evolution pushes the computational power of digital signal processing systems, as well as the energy required to accomplish the computations, due to the increasing mobility of such applications. Current approaches used to match these requirements relies on the adoption of application specific signal processors. Such kind of devices exploits powerful accelerators, which are able to match both performance and energy requirements. On the other hand, the too high specificity of such accelerators often results in a lack of flexibility which affects non-recurrent engineering costs, time to market, and market volumes too. The state of the art mainly proposes two solutions to overcome these issues with the ambition of delivering reasonable performance and energy efficiency: reconfigurable computing and multi-processors computing. All of these solutions benefits from the post-fabrication programmability, that definitively results in an increased flexibility. Nevertheless, the gap between these approaches and dedicated hardware is still too high for many application domains, especially when targeting the mobile world. In this scenario, flexible and energy efficient acceleration can be achieved by merging these two computational paradigms, in order to address all the above introduced constraints. This thesis focuses on the exploration of the design and application spectrum of reconfigurable computing, exploited as application specific accelerators for multi-processors systems on chip. More specifically, it introduces a reconfigurable digital signal processor featuring a heterogeneous set of reconfigurable engines, and a homogeneous multi-core system, exploiting three different flavours of reconfigurable and mask-programmable technologies as implementation platform for applications specific accelerators. In this work, the various trade-offs concerning the utilization multi-core platforms and the different configuration technologies are explored, characterizing the design space of the proposed approach in terms of programmability, performance, energy efficiency and manufacturing costs.

Progettazione di un'applicazione web-oriented per la gestione di un sistema informativo aziendale

L’azienda committente vuole ampliare la possibilità di accedere al suo database, sia dall’esterno che dall’interno, non solamente da parte di un unico utente amministratore, ma anche da tutti gli agenti distribuiti sul territorio nazionale e tutti gli impiegati degli uffici. Si vuole inoltre creare un sistema di notifiche via email che permetta a tutti gli utenti (agenti) registrati di avere in tempo reale informazioni sempre aggiornate riguardo i propri clienti. La ditta si chiama Tropical Lane S.p.A. e vuole realizzare questo progetto per rendere maggiormente accessibili le informazioni per i propri agenti, distribuiti nelle varie regioni italiane, direttamente tramite un loro dispositivo mobile, come smartphone o tablet, senza dover necessariamente telefonare continuamente in ditta dove è presente una segretaria che svolge solamente questa mansione. In questo modo si cerca di velocizzare la procedura di accesso ai dati così da liberare una risorsa utile per lo svolgimento di altre funzioni interne. Si è deciso quindi di creare un sito web, basato su tecnologia Active Server Pages e interfacciato al database aziendale, che sia fruibile dall’esterno della rete aziendale e sul quale vengono mostrati i dati, organizzati in modo da essere facilmente comprensibili e visualizzabili da tutti. La realizzazione del sito è stata effettuata utilizzando notepad++ sia per le pagine ASP che per le poche pagine di HTML statico presenti. Gli script sono stati realizzati in linguaggio Javascript, compatibile con le specifiche dei browser più diffusi. Il sito è supportato da un unico database realizzato in precedenza con Microsoft SQL ed integrato.

Sviluppo di un'applicazione smartphone per l'elaborazione e la selezione step-based di brani musicali.

Tesi che narra come sia stata sviluppata un'applicazione per smartphone iOs il cui compito è di selezionare i brani musicali in base al ritmo della corsa. In essa vengono, inoltre, approfonditi gli algoritmi utilizzati per il funzionamento di quest'ultima, attraverso operazioni di signal processing.

Progettazione e sviluppo di applicazioni ibride in ambito mobile

L'obiettivo di questo lavoro è chiarire ed approfondire il concetto di applicazione ibrida e porre in evidenza le differenze e i vantaggi che esse hanno, sia rispetto ad applicazioni native che ad applicazioni web. Si analizzeranno gli aspetti architetturali che definiscono un'applicazione ibrida e se ne approfondiranno le tecnologie di base con le quali è possibile svilupparle. Verranno, infine, trattati alcuni framework di riferimento come PhoneGap, che permettono di semplificare la creazione di questa tipologia di applicazioni.

Customizzazione di android

La tesi tratta in primo piano la personalizzazione di un sistema Android utilizzata come piattaforma per la seconda parte del lavoro. Quest'ultima consiste nell'installazione sul sistema operativo Android, personalizzato, un modulo e un'applicazione, il primo denominato Transmission Error Detector (TED), che estende il funzionamento della tecnologia WiFi e la seconda denominata Wvdial che estende invece il funzionamento della tecnologia 3G(o UMTS). Entrambi fanno parte di una architettura per il supporto alla mobilità in contesti eterogenei.

Modelli e linguaggi per grafi multi-livello

I grafi sono molto utilizzati per la rappresentazione di dati, sopratutto in quelle aree dove l’informazione sull’interconnettività e la topologia dei dati è importante tanto quanto i dati stessi, se non addirittura di più. Ogni area di applicazione ha delle proprie necessità, sia in termini del modello che rappresenta i dati, sia in termini del linguaggio capace di fornire la necessaria espressività per poter fare interrogazione e trasformazione dei dati. È sempre più frequente che si richieda di analizzare dati provenienti da diversi sistemi, oppure che si richieda di analizzare caratteristiche dello stesso sistema osservandolo a granularità differenti, in tempi differenti oppure considerando relazioni differenti. Il nostro scopo è stato quindi quello di creare un modello, che riesca a rappresentare in maniera semplice ed efficace i dati, in tutte queste situazioni. Entrando più nei dettagli, il modello permette non solo di analizzare la singola rete, ma di analizzare più reti, relazionandole tra loro. Il nostro scopo si è anche esteso nel definire un’algebra, che, tramite ai suoi operatori, permette di compiere delle interrogazioni su questo modello. La definizione del modello e degli operatori sono stati maggiormente guidati dal caso di studio dei social network, non tralasciando comunque di rimanere generali per fare altri tipi di analisi. In seguito abbiamo approfondito lo studio degli operatori, individuando delle proprietà utili per fare delle ottimizzazioni, ragionando sui dettagli implementativi, e fornendo degli algoritmi di alto livello. Per rendere più concreta la definizione del modello e degli operatori, in modo da non lasciare spazio ad ambiguità, è stata fatta anche un’implementazione, e in questo elaborato ne forniremo la descrizione.

Coordination and Control of Autonomous Mobile Robots Swarms by using Particle Swarm Optimization Algorithm and Consensus Theory

This thesis presents some different techniques designed to drive a swarm of robots in an a-priori unknown environment in order to move the group from a starting area to a final one avoiding obstacles. The presented techniques are based on two different theories used alone or in combination: Swarm Intelligence (SI) and Graph Theory. Both theories are based on the study of interactions between different entities (also called agents or units) in Multi- Agent Systems (MAS). The first one belongs to the Artificial Intelligence context and the second one to the Distributed Systems context. These theories, each one from its own point of view, exploit the emergent behaviour that comes from the interactive work of the entities, in order to achieve a common goal. The features of flexibility and adaptability of the swarm have been exploited with the aim to overcome and to minimize difficulties and problems that can affect one or more units of the group, having minimal impact to the whole group and to the common main target. Another aim of this work is to show the importance of the information shared between the units of the group, such as the communication topology, because it helps to maintain the environmental information, detected by each single agent, updated among the swarm. Swarm Intelligence has been applied to the presented technique, through the Particle Swarm Optimization algorithm (PSO), taking advantage of its features as a navigation system. The Graph Theory has been applied by exploiting Consensus and the application of the agreement protocol with the aim to maintain the units in a desired and controlled formation. This approach has been followed in order to conserve the power of PSO and to control part of its random behaviour with a distributed control algorithm like Consensus.

Wewheelrocku: Un'applicazione partecipativa per disabili a bologna

Tesi partecipativa per disabili. Applicazione Android con interfaccia per l'inserimento di informazioni di routing e marker informativi su mappe OpenStreetMap e mediante la libreria Mapsforge.

Implementazione di un software mobile per l'organizzazione di allenamenti in gruppo nel ciclismo

Con questo lavoro ci si pone l’obiettivo di creare un social network che possa aiutare i praticanti del ciclismo, sia a livello agonistico che a livello amatoriale, ad organizzare le loro attività di allenamento, attraverso l’utilizzo di un software sviluppato per smartphone. Attualmente questo tipo di servizio non è mai stato implementato: l’unica via per poter ottenere un servizio simile è quello di utilizzare pagine su altri tipi di social network oppure effettuare contatti telefonici fra conoscenti.

Sviluppo di mobile app con tecnologie web: Tizen come caso di studio

Lo scopo di questa tesi è quello di valutare l’utilizzo di tecnologie Web, per la creazione di applicazioni per dispositivi mobile, come alternativa allo sviluppo di applicazioni tramite linguaggi nativi. Tra i vari dispositivi mobile esistenti, quello che trova maggior interesse nello sviluppo della tesi è sicuramente lo smartphone, il più recente tra questi dispositivi, che rispetto agli altri dispositivi è caratterizzato da una maggior complessità dovuta a funzionalità e capacità più elevate. Quindi in questa tesi verrà analizzato l’aspetto legato alle applicazioni utilizzate da questo dispositivo mobile. Si è deciso di strutturare la tesi in diversi capitoli, che verranno illustrati qui in seguito, al fine di creare un percorso concettuale per arrivare ad analizzare l’argomento chiave della tesi, le applicazioni mobile basate su tecnologie Web, perciò nei primi due capitoli verrano trattati argomenti riguardanti il mondo dei dispositivi mobile, con particolare riguardo per lo smartphone, con lo scopo di dare una visione dell’ambiente che circonda questo argomento di tesi. Negli ultimi capitoli si entrerà nel cuore della tesi, dove verrà trattato l’argomento chiave nel dettaglio, con la specifica analisi di Tizen come caso di studio. Inoltre si è deciso di approfondire gli aspetti legati a questo argomento di tesi sviluppando un piccola applicazione, con lo scopo di andare a sperimentare le nozioni acquisite durante tutto questo percorso di studio.

Estensione dell'interfaccia grafica in tuprolog per Android

L’obiettivo di questa tesi è quello di estendere l’interfaccia grafica di tuProlog nella versione per Android, il più diffuso sistema operativo per tablet e smartphone. TuProlog è un’ interprete Prolog interamente scritto in java, leggero e open–source. L’applicazione è disponibile sotto forma di archivio JAR eseguibile e può essere utilizzato tramite un’interfaccia a riga di comando, nella versione Java, o per mezzo di interfacce grafiche negli ambienti Java, .NET e Android. La versione per Android supporta pienamente Java e la maggior parte delle librerie dell’applicativo per JVM. Lo sviluppo di applicazioni per dispositivi mobile, però, limita lo sviluppatore in termini di complessità delle elaborazioni effettuabili dal programma e comprensibilità dell’interfaccia grafica; per questi e altri motivi, la struttura dell’applicativo in versione Android, fatta eccezione per il core Prolog, è diversa dalle versioni per altri ambienti. L’applicazione, giunta ora alla versione 2.7.2, manca della possibilità di input da console in tutte le versioni ad interfaccia grafica. Scopo di questa tesi è quindi integrare tale funzionalità, inserendola all’interno del contesto applicativo senza modificare il normale flusso delle operazioni, intervenendo in modo mirato, il meno invasivo possibile e garantendo l’espandibilità della modifica ad estensioni future.

Applicazione car pooling, condivisione dei posti auto attraverso i social network

L'obiettivo di questa tesi consiste nello sviluppare un'applicazione su piattaforma Android che permetta di organizzare il car pooling attraverso i social network.