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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12741 (2023) Citare questo articolo

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La pulizia è un compito di routine fondamentale nella vita umana che è ora affidato a tecnologie all’avanguardia come la robotica e l’intelligenza artificiale. Sono stati sviluppati vari robot per la pulizia dei pavimenti con diverse funzionalità di pulizia, come l'aspirazione e la pulizia. Tuttavia, possono verificarsi guasti quando un robot tenta di pulire un tipo di sporco incompatibile. Queste situazioni non solo ridurranno l'efficienza del robot ma imporranno anche gravi danni ai robot. Pertanto, lo sviluppo di metodi efficaci per classificare le attività di pulizia eseguite in diverse regioni e assegnarle al rispettivo detergente è diventato un ambito di ricerca di tendenza. Questo articolo propone un sistema basato sulla visione che utilizza gli algoritmi YOLOv5 e DeepSORT per rilevare e classificare lo sporco per creare una mappa di distribuzione dello sporco che indica le regioni da assegnare per i diversi requisiti di pulizia. Questa mappa sarebbe utile per un quadro di pulizia collaborativo per l’implementazione di ciascun robot di pulizia nella rispettiva regione per ottenere un funzionamento ininterrotto ed efficiente dal punto di vista energetico. Il metodo proposto può essere eseguito con qualsiasi robot mobile e su qualsiasi superficie e sporco, ottenendo un'elevata precisione dell'81,0%, per l'indicazione dello sporco nella mappa di distribuzione dello sporco.

La pulizia è generalmente considerata un lavoro monotono, svolto principalmente in ambienti sporchi e sfavorevoli1. Può anche essere associato a oggetti e luoghi pericolosi o causare disturbi da trauma cumulativo nel lavoro umano2. La pulizia è un compito essenziale per il mantenimento del tenore di vita. Pertanto, negli ultimi tempi, i robot di pulizia sono stati in prima linea come soluzione ideale a questo problema3. Gli sviluppi nei robot di pulizia negli ultimi 20 anni si sono concentrati sul potenziamento della loro autonomia al fine di migliorare le loro prestazioni. Sono stati sviluppati numerosi dispositivi robotici per la pulizia di pavimenti4, facciate5, piscine6, condotti di ventilazione7 e scale8. Tutti questi robot sono dotati di meccanismi unici e strategie di autonomia appositamente ottimizzati per le rispettive attività di pulizia.

Tuttavia, i robot per la pulizia di facciate, tubi, condotti di ventilazione e fognature non sono ancora prodotti in serie. Questi sistemi sono appositamente ottimizzati per le esigenze e la geometria della superficie o dell'oggetto da pulire e vengono utilizzati esclusivamente in ambienti professionali piuttosto che in quello residenziale3. Tuttavia, dispositivi come i robot per la pulizia dei pavimenti hanno creato mercati di massa con entrate significative. Nel 2021 il mercato globale dei robot per la pulizia era valutato a 8,34 miliardi di dollari, con un tasso di crescita annuo composto del 22,7%9. Ad esempio, i robot aspirapolvere per uso domestico sono tra i sistemi robotici più venduti in tutto il mondo. La copertura dell’area10, il consumo di energia11, il tempo di copertura12, l’affidabilità e la sicurezza13 e il comfort umano14 sono le caratteristiche ampiamente attese dai robot di pulizia.

Aspirare, strofinare e pulire con acqua sono compiti distinti eseguiti dai robot per la pulizia dei pavimenti. L'utilizzo del robot appropriato per ciascuna attività di pulizia può migliorare l'efficienza15. Una struttura che consente operazioni coordinate tra vari robot, come robot aspirapolvere, robot lavapavimenti e robot lavapavimenti, per soddisfare diversi requisiti di pulizia, può essere utilizzata per migliorare l'efficienza della pulizia. Questo tipo di struttura viene definita struttura di pulizia collaborativa nell'ambito di questo documento. Inoltre, un quadro di pulizia collaborativo può evitare guasti e potenziali danni ai robot o all’ambiente derivanti dall’impiego di robot di pulizia incompatibili per compiti specifici. Ad esempio, un robot aspirapolvere che tenta di assorbire liquidi o un robot aspirapolvere che incontra sporco solido possono portare a risultati indesiderati.

A questo proposito, un quadro di pulizia collaborativa con una serie di robot di pulizia eterogenei dovrebbe essere in grado di identificare i requisiti di pulizia in ciascuna posizione di un ambiente di interesse. Il ruolo di un robot di ispezione può essere introdotto in un quadro di pulizia collaborativa per realizzare questa necessità. Qui, il robot di ispezione identifica i requisiti di pulizia per ciascuna area e guida il rispettivo detergente verso le posizioni identificate, impedendo al contempo una copertura non necessaria per garantire efficienza e affidabilità. Ad esempio, un robot ciclomotore viene inviato in luoghi con fuoriuscite di liquidi mentre il robot aspirapolvere viene inviato in luoghi con polvere. Questa strategia garantisce un utilizzo efficiente dell'energia e previene possibili danni al robot aspirapolvere dovuti al liquido. Questo tipo di robot di ispezione può avere un design semplice con un basso consumo energetico e dovrebbe essere dotato solo di un sistema per ispezionare l'ambiente. Tuttavia, questo tipo di concetto deve ancora essere pienamente realizzato e in letteratura si possono trovare solo pochi concetti di supporto. Ad esempio, Ramalingam et al.16 hanno proposto un sistema basato su una televisione a circuito chiuso (CCTV) per guidare un robot per la pulizia selettiva. Qui vengono rilevati la posizione dello sporco e le attività umane e verrà creato un percorso ottimale per il robot per la pulizia delle macchie con conseguente maggiore efficienza. Tuttavia, il sistema non poteva prendere in considerazione diversi tipi di sporco e l’utilizzo di una serie di robot con diverse funzioni di pulizia.