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Un oggetto è manipolato in maniera non prensile quando esso non è direttamente ingabbiato fra le dita o il palmo della mano. Inoltre, il cosiddetto vincolo di ``force closure'' non è più rispettato in tutti gli istanti della manipolazione, ossia il moto può svilupparsi anche attraverso vincoli unilaterali, consentendo così all'oggetto di rotolare, scivolare e rompere il contatto con il robot manipolatore. Spingere oggetti, piegare vestiti, portare un bicchiere su di un vassoio, cucinare in padella e così via, sono tutti esempi di manipolazione non prensile nel quotidiano. La manipolazione non prensile può esser anche definita come dinamica nel momento in cui sia la dinamica dell'oggetto che quella del robot sono essenziali per portare a termine il compito desiderato. Approccio comune nella comunità scientifica per affrontare tale problema è quello di suddividere il complesso compito principale in sotto-compiti più semplici da risolvere singolarmente. Si definiscono quindi delle cosiddette ``primitive di moto'' come il rotolamento, sia olonomo che non, il lancio, il rimbalzo, lo slittamento, e così via. Scopo principale dell'attività di ricerca riguardo la manipolazione dinamica non prensile è quello di progettare una struttura teorica/pratica comune sotto la quale sviluppare varie primitive di controllo del moto per ciascuno dei compiti di base ad essa appartenenti. Uno stato dell’arte riguardante la manipolazione non prensile è scritta da Fabio Ruggiero qui, mentre i risultati del progetto RoDyMan sono riassunti qui e qui.

Qui e qui viene considerato il movimento di rotolamento olonomo reciproco fra due superifici convesse a contatto: nessuna superficie è vincolata all'altra se non dal tipo di contatto stesso. In particolare, il caso preso in esame è stato quello di stabilizzare in piena gravità la posizione instabile di un disco che è libero di rotolare su di un altro disco che, invece, è attuato. Lo stesso set-up è stato preso in considerazione qui dove la teoria sulla passività è impegata per risolvere il problema di controllo, e qui e qui dove sono stati considerati i cosidetti ``matched disturbances'' nell'azione di controllo, e la soluzione trovata risiede nell'uso dell'approccio port-Hamiltoniano.

Generalizzando il metodo, qui, sotto certe ipotesi riguardo la forma delle superfici rotolanti a contatto, un appropriato cambio di coordinate consente lo studio del caso generale di rotolamento planare non prensile attraverso tecniche di controllo classi- che non lineari, la cui progettazione è piuttosto semplificata. Le ipotesi considerate sono superate qui dove la tecnica dell' "interconnection and damping assignment passivity-based control", radicato all’interno del formalismo port-Hamiltoniano, si è visto essere un valido approccio per generalizzare la manipolazione non prensile di oggetti planari rotolanti, senza per altro risolvere le cosiddette “matching equations”. In realtà, l’approccio trattato qui può essere anche applicato a sistemi che nulla hanno a che fare con la classe di compiti di manipolazione non prensile, come dimostrato in qui.


Un compito di manipolazione non prensile con vincolo anolonomo può esser invece considerato quello di controllare il movimento su di un piano un ro- bot sferico con un protrusione cilindrica superiore. Tale robot è detto “ballbot”. Un controllo con approccio geometrico e privo di coordinate è proposto qui. L’hula- hoop è altro compito nel quale risulta coinvolto il rotolamento anolonomo. Il sistema è costituito da un asta in contatto con un cerchio: l’asta si muove per indurre, attra- verso il contatto, un movimento rotatorio al cerchio. Un osservatore con guadagni elevati e un controllore sono progettati qui per evitare sia la misura delle velocità che una dipendenza completa dal modello matematico del sistema. Un’analisi formale che garantisce la limitatezza di tutte le coordinate è presentata qui.


Un ulteriore compito riguardante il rotolamento non prensile anolonomo è il cosiddetto “ball-and-plate”. Un metodo per riconfigurare la posizione e l’orientamento su di un piatto attuato è proposto qui. La natura anolonoma del compito è risolta ad un livello di pianificazione. Un controllo passivo integrale è quindi progettato per seguire la traiettoria pianificata. Il formalismo port-Hamiltoniano è impiegato per modellare l’intera dinamica. Un robot simile ad un umanoide è stato impiegato per sperimentare l’algoritmo proposto.


La primitiva di moto del rimbalzo è stata studiata qui e qui, ove il caso del tennis da tavolo è stato preso come caso di studio. Un pianificatore del moto della racchetta, che tiene conto anche del suo orientamento, è stato introdotto considerando l'intera aerodnamica della pallina in volo senza però trascurare l'esecuzione in real-time dell'intero algoritmo. L’assunzione di avere un tempo di impatto costante e predeterminato è rimossa qui, mentre diverse metriche sono utilizzate per valutare l’algoritmo.


Qui, invece, il compito del lancio di un oggetto deformabile è stato preso in considerazione. L'esempio di un pizzaiolo che allarga la pizza col lancio acrobatico è stato preso come caso di studio, modellato e controllato con l'ausilio di un approccio geometrico senza uso di coordinate.


La primitiva di manipolazione non prensile indotta dall’attrito tramite scivolamento è studiata qui dove, prendendo ispirazione dal compito del pizzaiolo napoletano di infornare le pizze nel forno a legno, si è studiato il sistema composto da un piatto attuato che deve indurre rotazioni sul disco appoggiato su di esso. Si è dapprima derivato il modello dinamico basato sulle equazioni di Eulero-Lagrange. In seguito, si è sviluppata l’analisi di controllabilità del modello dinamico proposto. Infine, una strategia di controllo a ciclo chiuso è stata proposta per indurre la velocità di rotazione desiderata al disco, mantenendo al contempo la posizione vicina all’origine del moto sia del disco che del piatto attuato. L’analisi di stabilità è stata condotta per mostrare la limitatezza di tutti gli stati, la loro risposta oscillatoria e la massima ampiezza di tali oscillazioni.


Lo slittamento delle ruote può causare una notevole perdita di performance di un robot mobile durante un compito di spinta non prensile di un oggetto verso la posizione desiderata. Un metodo per evitare tale slittamento è proposto qui attraverso un controllo non lineare predittivo basato sul modello. I vincoli inclusi nel problema di ottimizzazione limitano la forza scambiata fra ogni ruota ed il terreno. L’approccio è stato validato attraverso un ambiente software di simulazione dinamica. Lo slittamen- to può anche avvenire fra il robot e l’oggetto durante la spinta, causando il fallimento del compito. Un controllo predittivo tempo variante basato sul modello lineare è progettato qui per includere correttamente i vincoli unilaterali all’interno dell’azione di controllo. L’approccio è verificato in un ambiente di simulazione dinamico attraverso il Pioneer 3-DX, un robot con ruote, che esegue un compito di movimentazione di un pacco tramite spinta. L'estensione della primitiva di manipolazione non prensile per la spinta al caso multi-robot è trattato qui.


L'attrito gioca un ruolo oltremodo importante anche quando un oggetto è trasportato in maniera non prensile su di un vassoio e non vogliamo alcun movimento durante il moto. L'articolo, che si trova qui, propone una architettura di controllo condivisa in teleoperazione per robot manipolatori atti a trasportare un oggetto su di un vassoio. L'approccio proposto regola automaticamente la posizione del robot teleoperato da un utente, mentre l'orientamento è controllato tale da prevenire lo scivolamento dell'oggetto. Inoltre, l'operatore umano riceve feedback aptici che lo informano della discrepanza fra il modo comandato e qullo effettivamente raggiunto dal robot.