Mars delivery service - development of the electro-mechanical systems of the Sample Fetch Rover for the Mars Sample Return Campaign

This thesis describes the development of the Sample Fetch Rover (SFR), studied for Mars Sample Return (MSR), an international campaign carried out in cooperation between the National Aeronautics and Space Administration (NASA) and the European Space Agency (ESA). The focus of this document is the design of the electro-mechanical systems of the rover. After placing this work into the general context of robotic planetary exploration and summarising the state of the art for what concerns Mars rovers, the architecture of the Mars Sample Return Campaign is presented. A complete overview of the current SFR architecture is provided, touching upon all the main subsystems of the spacecraft. For each area, it is discussed what are the design drivers, the chosen solutions and whether they use heritage technology (in particular from the ExoMars Rover) or new developments. This research focuses on two topics of particular interest, due to their relevance for the mission and the novelty of their design: locomotion and sample acquisition, which are discussed in depth. The early SFR locomotion concepts are summarised, covering the initial trade-offs and discarded designs for higher traverse performance. Once a consolidated architecture was reached, the locomotion subsystem was developed further, defining the details of the suspension, actuators, deployment mechanisms and wheels. This technology is presented here in detail, including some key analysis and test results that support the design and demonstrate how it responds to the mission requirements. Another major electro-mechanical system developed as part of this work is the one dedicated to sample tube acquisition. The concept of operations of this machinery was defined to be robust against the unknown conditions that characterise the mission. The design process led to a highly automated robotic system which is described here in its main components: vision system, robotic arm and tube storage.

Impossible Space circolare per favorire la locomozione naturale

In questa relazione di tesi verrà affrontato il problema della locomozione naturale in ambienti virtuali che possiedono una grandezza maggiore dello spazio reale nel quale l'utente si muove. Negli anni sono stati sviluppati numerosi metodi di navigazione, ma tra tutti la locomozione naturale è il sistema che porta un livello di immersione maggiore nello spazio virtuale, più di qualsiasi altra tecnica. In questo lavoro di tesi verrà proposto un algoritmo in grado di favorire la locomozione naturale all'interno di lunghi spazi chiusi, andando a modificare la geometria dello spazio virtuale (che andrà ad assumere una forma circolare) e mantendendo comunque un certo grado di realismo dal punto di vista dell'utente. L'obiettivo è quello di tradurre uno spazio virtuale chiuso e lungo (caso comune: un corridoio) in una forma circolare inscritta in una stanza di 2x2m, con un approccio simile a quello degli impossible spaces, con l'obiettivo di studiare in futuro entro quale percentuale di sovrapposizione l'utente si accorge di trovarsi in una geometria impossibile. Nel primo capitolo verranno introdotti i concetti chiave di VR e AR, nonché un'introduzione all'Engine Unity e al software Blender. Nel secondo capitolo si tratterà di computer graphics, quindi si introdurranno i concetti base della grafica 3D con un focus sulla matematica alla base di ogni processo grafico. Nel terzo capitolo verrà affrontano il concetto di embodiment, quindi la percezione del proprio corpo, l'importanza dell'immersitvità dei sistemi virtuali e verrà descritto un paper precedentemente realizzato riguardante tale concetto. Nel capitolo quattro si parlerà del movimento all'interno dei sistemi di realtà virtuale, della locomozione naturale e delle tecniche per rendere tale metodo più accessibile. Nel capitolo cinque infine verrà descritto l'algoritmo realizzato e verranno mostrati i risultati.