Tecniche di Controllo di Manipolazione Non Prensile

Un oggetto viene manipolato in modo non prensile quando non è ingabbiato tra la punta delle dita o il palmo della mano. Inoltre, la cosiddetta ``force closure'' non vale durante il compito di manipolazione. Ciò significa che il movimento può essere eseguito anche grazie a vincoli unilaterali: l'oggetto può così rotolare, scorrere e interrompere il contatto con il robot che lo manipola. Esempi di attività quotidiane di manipolazione non prensile sono spingere oggetti, piegare vestiti, portare un bicchiere su un vassoio, cucinare in padella e così via. La manipolazione non prensile può anche essere definita dinamica quando la dinamica sia dell'oggetto che del robot è essenziale per portare a termine il compito desiderato. Un approccio standard all'interno della comunità scientifica robotica consiste nel suddividere un complesso compito di manipolazione non prensile in diversi compiti secondari che sono più facili da gestire individualmente. Pertanto, è possibile definire le cosiddette ``primitive di manipolazione'' come il rotolamento (olonomo e nonolonomo), il lancio, il rimbalzo, la presa, lo scivolamento, ecc. L'obiettivo primario della ricerca di Fabio Ruggiero è quello di progettare un framework pratico/teorico comune in cui ogni primitiva di movimento possa essere dotata di un corretto pianificatore e controllore di movimento.

Revisione dello stato dell'arte sulla manipolazione non prensile scritta da Fabio Ruggiero:

• F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, Nonprehensile dynamic manipulation: A survey, in IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 3, n. 3, pp. 1711-1718, 2018, DOI: 10.1109/LRA.2018.2801939.

Risultati del progetto RoDyMan:

• F. RUGGIERO, A. Petit, D. Serra, A.C. Satici, J. Cacace, A. Donaire, F. Ficuciello, L.R. Buonocore, G.A. Fontanelli, V. Lippiello, L. Villani, B. Siciliano, Nonprehensile manipulation of deformable objects: Achievements and perspectives from the RoDyMan project, in IEEE Robotics & Automation Magazine, vol. 25, pp. 83-92, 2018, DOI: 10.1109/MRA.2017.2781306.
• F. RUGGIERO, J.-T. Kim, A. Gutiérrez-Giles, A.C. Satici, A. Donaire, J. Cacace, L.R. Buonocore, G.A. Fontanelli, V. Lippiello, B. Siciliano, Nonprehensile manipulation con- trol and task planning for deformable object manipulation: Results from the RoDyMan project, in Informatics in Control, Automation and Robotics, Lecture Notes in Electrical Engineering , Gusikhin O. and Madani K. (eds), vol. 613, pp. 76-100, Springer, Cham, 2020. DOI: 10.1007/978-3-030-31993-9_4.

Soluzioni proposte (rolotalmento olonomo):

• J.-C. Ryu, F. RUGGIERO, K. Lynch, Control of nonprehensile rolling manipulation: Balancing a disk on a disk, in IEEE Transactions on Robotics, vol. 29, n. 5, pp. 1152-1161, 2013, DOI: 10.1109/TRO.2013.2262775.
• V. Lippiello, F. RUGGIERO, B. Siciliano, The effects of shapes in input-state linearization for stabilization of nonprehensile planar rolling dynamic manipulation, in IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 1, n.1, pp. 492-499, 2016, DOI: 10.1109/LRA.2016.2519147.
• A. Donaire, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, Passivity-based control for a rolling-balancing system: The nonprehensile disk-on-disk, in IEEE Transactions on Control System Technology, vol. 25, n.6, pp. 2135-2142, 2017, DOI: 10.1109/TCST.2016.2637719.
• D. Serra, F. RUGGIERO, A. Donaire, L.R. Buonocore, V. Lippiello, B. Siciliano, Control of nonprehensile planar rolling manipulation: A passivity-based approach, in IEEE Transactions on Robotics, vol. 35, n. 2, pp. 317-329, 2019, DOI: 10.1109/TRO.2018.2887356.
• P. Arpenti, F. Ruggiero, V. Lippiello, A constructive methodology for the IDA-PBC of underactuated 2-DoF mechanical systems with explicit solution of PDEs, in International Journal of Control, Automation and Systems, vol. 20, pp. 283-297, 2022, DOI: 10.1007/s12555-020-0839-1.
• A. Donaire, M. Crespo, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, Passivity-based control design and experiments for a rolling-balancing system, in Informatics in Control, Automation and Robotics, Lecture Notes in Electrical Engineering, Madani K., Peaucelle D., Gusikhin O. (eds), vol. 430, pp. 230-255, Springer, Cham, 2018. DOI: 10.1007/978-3-319-55011-4_12.
• A. Donaire, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, Holonomic rolling nonprehensile manipulation primitive, in Robot dynamic manipulation. Perception of deformable objects and nonprehensile manipulation control, B. Siciliano and F. Ruggiero (eds.), vol. 144, pp. 129-157, Springer, Cham, 2022. DOI: 10.1007/978-3-030-93290-9_6.
• M. Crespo, A. Donaire, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, Design, implementation and experiments of a robust passivity-based controller for a rolling-balancing system, 13th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, Lisbon, P, pp. 79-89, 2016, DOI: 10.5220/0005981700790089.
• P. Arpenti, D. Serra, F. RUGGIERO, V. Lippiello, Control of the TORA system through the IDA-PBC without explicit solution of the matching equations, 3rd IEEE International Conference on Robotic Computing, Naples, I, 2019, DOI: 10.1109/IRC.2019.00069.
• A. Teimoorzadeh, A. Donaire, P. Arpenti, F. RUGGIERO, Robust energy shaping for mechanical systems with dissipative forces and disturbances, 2022 European Control Conference, London, England, pp. 1409-1414, 2022, DOI: 10.23919/ECC55457.2022.9838430.

Soluzioni proposte (rotolamento non olonomo):

• A. Gutiérrez-Giles, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, Nonprehensile manipulation of an underactuated mechanical system with second order nonholonomic constraints: The robotic hula-hoop, in IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 3, n. 2, pp. 1136-1143, 2018, DOI: 10.1109/LRA.2018.2792403.
• A. Gutierrez-Giles, A.C. Satici, A. Donaire, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, Nonholonomic rolling nonprehensile manipulation primitive, in Robot dynamic manipulation. Perception of deformable objects and nonprehensile manipulation control, B. Siciliano and F. Ruggiero (eds.), vol. 144, pp. 159-205, Springer, Cham, 2022. DOI: 10.1007/978-3-030-93290-9_7.
• A.C. Satici, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, Intrinsic Euler-Lagrange dynamics and control analysis of the ballbot, 2016 American Control Conference, Boston, MA, USA, pp. 5685-5690, 2016, DOI: 10.1109/ACC.2016.7526560.
• A. Gutiérrez-Giles, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, Modelling and control of a robotic hula-hoop system without velocity measurements, 20th IFAC World Congress, Toulouse, F, pp. 9808-9814, 2017, DOI: 10.1016/j.ifacol.2017.08.889.
• D. Serra, J. Ferguson, F. RUGGIERO, A. Siniscalco, A. Petit, V. Lippiello, B. Siciliano, On the experiments about the nonprehensile reconfiguration of a rolling sphere on a plate, 26th Mediterranean Conference on Control and Automation, Zadar, HR, pp. 13-20, 2018, DOI: 10.1109/MED.2018.8442769.

Soluzioni proposte (batting):

• D. Serra, F. RUGGIERO, A.C. Satici, V. Lippiello, B. Siciliano, Time-optimal paths for a robotic batting task, in Informatics in Control, Automation and Robotics, Lecture Notes in Electrical Engineering, Madani K., Peaucelle D., Gusikhin O. (eds), vol 430, pp. 256-276, Springer, Cham, 2018. DOI: 10.1007/978-3-319-55011-4_13.
• D. Serra, A.C. Satici, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, An optimal trajectory planner for a robotic batting task: The table tennis example, 13th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, Lisbon, P, pp. 90-101, 2016, DOI: 10.5220/0005982000900101.
• D. Serra, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, A nonlinear least squares approach for nonprehensile dual-hand robotic ball juggling, 20th IFAC World Congress, Toulouse, F, pp. 11485-11490, 2017, DOI: 10.1016/j.ifacol.2017.08.1595.

Soluzioni proposte (lancio):

• A.C. Satici, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, A coordinate-free framework for robotic pizza tossing and catching, in Robot dynamic manipulation. Perception of deformable objects and nonprehensile manipulation control, B. Siciliano and F. Ruggiero (eds.), vol. 144, pp. 207-227, Springer, Cham, 2022. DOI: 10.1007/978-3-030-93290- 9_8.
• A.C. Satici, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, Coordinate-free framework for robotic pizza tossing and catching, 2016 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Stockholm, S, pp. 3932-3939, 2016, DOI: 10.1109/ICRA.2016.7487582.

Soluzioni proposte (scivolamento e manipolazione friction-induced):

• A. Gutierrez-Giles, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, Pizza-peel handling through a sliding nonprehensile manipulation primitive, in Robot dynamic manipulation. Perception of deformable objects and nonprehensile manipulation control, B. Siciliano and F. Ruggiero(eds.), vol. 144, pp. 113-128, Springer, Cham, 2022. DOI: 10.1007/978-3-030-93290-9_5.
• A. Gutiérrez-Giles, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, Closed-loop control of a nonprehensile manipulation system inspired by a pizza-peel mechanism, European Control Conference, Naples, I, pp. 1580-1585, 2019, DOI: 10.23919/ECC.2019.8796077.

Soluzioni proposte (pushing):

• F. Bertoncelli, F. RUGGIERO, L. Sabattini, Wheel slip avoidance through a non-linear model predictive control for object pushing with a mobile robot, 10th IFAC Symposium on Intelligent Autonomous Vehicles, Gdansk, PL, 2019, DOI: 10.1016/j.ifacol.2019.08.043.
• F. Bertoncelli, F. RUGGIERO, L. Sabattini, Linear time-varying MPC for nonprehensile object manipulation with a nonholonomic mobile robot, 2020 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Paris, F, pp. 11032-11038, 2020, DOI: 10.1109/ICRA40945.2020.9197173.
• F. Bertoncelli, F. RUGGIERO, L. Sabattini, Characterization of grasp configurations for multi-robot object pushing, 3rd IEEE International Symposium on Multi- Robot and Multi-Agent Systems, United Kingdom, pp. 38-46, 2021, DOI: 10.1109/MRS50823.2021.9620678.
• F. Bertoncelli, M. Selvaggio, F. RUGGIERO, L. Sabattini, Task-oriented contact optimization for pushing manipulation with mobile robots, 2022 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Kyoto, Japan, pp. 1639-1646, 2022, DOI: 10.1109/IROS47612.2022.9982177.

Soluzioni proposte (trasporto e presa dinamica):

• M. Selvaggio, J. Cacace, C. Pacchierotti, F. RUGGIERO, P. Robuffo Giordano, A shared-control teleoperation architecture for nonprehensile object transportation, in IEEE Transactions on Robotics, vol. 38, n. 1, pp. 569-583, 2022, DOI: 10.1109/TRO.2021.3086773.
• R. Subburaman, M. Selvaggio, F. RUGGIERO, A non-prehensile object transportation framework with adaptive tilting based on quadratic programming, in Robotics and Automation Letters, vol. 8, n. 6, pp. 3581–3588, 2023, DOI: 10.1109/LRA.2023.3268594.
• M. Selvaggio, A. Garg, F. RUGGIERO, G. Oriolo, B. Siciliano, Non-prehensile object transportation via model predictive non-sliding manipulation control, in IEEE Transactions on Control Systems Technology, (early access), DOI: 10.1109/TCST.2023.3277224.

Soluzione proposta (stretching):

• J.-T. Kim, F. RUGGIERO, V. Lippiello, B. Siciliano, Planning framework for robotic pizza dough stretching with a rolling pin, in Robot dynamic manipulation. Perception of deformable objects and nonprehensile manipulation control, B. Siciliano and F. Ruggiero (eds.), vol. 144, pp. 229-253, Springer, Cham, 2022. DOI: 10.1007/978-3- 030-93290-9_9.