Realizzazione di un LineFollower 4WD Università degli Studi di Roma “Tor Vergata” Corso di Laurea in Ingegneria dell’Automazione A.A. 2011/2012 Facoltà di Ingegneria Relatore Ing. Daniele Carnevale Candidato Damiano Mattei Realizzazione di un LineFollower 4WD

Punti fondamentali Introduzione Struttura ed hardware Algoritmo di controllo Comunicazione seriale Conclusioni 2

Il lavoro svolto si colloca negli ambiti: Introduzione Il lavoro svolto si colloca negli ambiti: Robotica Industriale I LineFollower vengono utilizzati per compiere spostamenti e/o trasporti di prodotti. E’ richiesta un’elevata precisione e velocità in presenza di spazi angusti Tunnel LHC al CERN di Ginevra 3

Il lavoro svolto si colloca negli ambiti: Introduzione Il lavoro svolto si colloca negli ambiti: Intrattenimento ludico Il progressivo calo dei costi delle apparecchiature elettroniche ha fatto si che queste entrassero all’interno delle abitazioni, permettendo all’utente medio di sperimentare e realizzare i propri progetti Ogni anno vengono organizzate gare di LineFollower 4

Cosa sono i LineFollower? Introduzione Cosa sono i LineFollower? I LineFollower sono dispositivi automatizzati finalizzati a compiere un percorso seguendo una linea tracciata sul pavimento Sensoristica divisa per: - Rilevamento del percorso - Rilevamento ostacoli 5

Struttura meccanica Tamiya Audi R8 LMS 24H Nurburgring TT-01E : Struttura ed hardware Tamiya Audi R8 LMS 24H Nurburgring TT-01E : - Trasmissione cardanica 4WD - 4 sospensioni indipendenti a doppio braccio con molle elicoidali - Motore CC 540 collocato longitudinalmente - Controllo elettronico di velocità Tamiya TEU-104BK 6

Struttura meccanica Servo Hitec HS-422 Deluxe: Struttura ed hardware Servo Hitec HS-422 Deluxe: - Velocità operativa 0.21 sec/60° a 4.8V - Coppia d’uscita 3.3 kg*cm a 4.8V - Doppio cuscinetto Dual Oilite 7

Sensoristica Sensori QRD1114 Composti da un diodo LED, emettitore, Struttura ed hardware Sensori QRD1114 Composti da un diodo LED, emettitore, ed un fototransistor, ricevitore Pochi mV per superfici chiare, con alto grado riflettente Circa 5V per superfici scure, con basso grado riflettente 8

Sensoristica Sensori Sharp GP2Y0A21YK0F Struttura ed hardware Sensori Sharp GP2Y0A21YK0F - Distanza rilevamento 10cm - 80cm - Composti da un diodo emettitore, un rilevatore di posizione ed un circuito di elaborazione - Pochi mV per oggetti a distanza massima - Circa +5V per oggetti a distanza minima 9

Hardware Modulo Wireless Digi International Xbee Struttura ed hardware Modulo Wireless Digi International Xbee - Tre principali tipologie: Serie1, Serie 2 e Serie Pro operanti a 2.4Ghz con caratteristiche tecniche crescenti - 12 diversi canali, BaudRate seriale 1200 – 115200 baud/s, indirizzamento univoco - Protocollo ZigBee ideato appositamente, basato sullo standard IEEE 802.15.4, concollegamento di tipo Mesh 10

Hardware Scheda di controllo STm32 VL Discovery Struttura ed hardware Scheda di controllo STm32 VL Discovery - 64 pin multifunzione, 128Kb di memoria Flash, 8Kb di Ram - Potenza di calcolo processore fino a 24Mhz - Versatilità, può compilare processori esterni ad essa - Prezzo: più economica rispetto l’ Arduino 11

Hardware Alimentazione Pacco batterie da 6 pile NiMh da 1.2V Struttura ed hardware Alimentazione Pacco batterie da 6 pile NiMh da 1.2V e 4.500 mAh ciscuna disposte in serie, per una tensione totale di 7.2V Regolatore lineare di tensione LM1117, per deviare la tensione dall’unità di controllo ai sensori, regolandola a +5V 12

Algoritmo di controllo Rilevazione degli ostacoli Blocco del motore, arresto del LineFollower Rilevazione tracciato Modifica della direzione per mantenere l’allineamento con il percorso 13

Algoritmo di controllo L’algoritmo implementato è riassumibile da un’automa a stati finiti Ogni stato è etichettato da tre bit, [SX;CX;DX] = [b1;b2;b3] I bit assumono valore: 1 se il sensore QRD rileva una superficie scura nastro rilevato 0 se il sensore QRD rileva una superficie chiara nastro non rilevato 14

Algoritmo di controllo FASE 1 (SX.CX.DX = 010): Il dispositivo procede diritto (pwm=0.9 ms, D=4.5%) FASE 2 (SX.CX.DX = 011): Il dispositivo rileva una curva, sterza lentamente verso destra (pwm=0.5 ms, D=2.5%) FASE 3 (SX.CX.DX = 001): la curva risulta molto pronunciata, il dispositivo diminuisce il raggio di curvatura per ritornare sul tracciato (pwm=0.3 ms, D=1.5%) 15

Algoritmo di controllo Casi non considerati: - presenza di un incrocio - cause non considerate SX.CX.DX = 111: SX.CX.DX = 101: - presenza di un bivio - cause non considerate 16

Regolatore PD Parte Proporzionale Parte Derivativa Regolatore PD int PD(int sensore,float kp,float kd){ if (sensore>3800){ sensore=3800; } err=sensore-300; P=kp*err ; if(kd>0){ D=(kd*(err-old_err))/Ts; old_err=err; else { D=0; C=P+D; return(C); Parte Derivativa 17

Regolatore PD Regolatore PD int PD(int sensore,float kp,float kd){ if (sensore>3800){ sensore=3800; } err=sensore-300; P=kp*err ; if(kd>0){ D=(kd*(err-old_err))/Ts; old_err=err; else { D=0; C=P+D; return(C); 18

Stesura Protocollo di Invio e Ricezione Comunicazione Seriale Comunicazione Seriale Problema affrontato: Stesura Protocollo di Invio e Ricezione Cause: Valori utilizzati 32 bit Valori gestibili da periferica USART 8 bit Risoluzione: Scomporre i valori in 4 Byte gestibili dalla USART 19

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Conclusioni Soddisfacente inseguimento del tracciato Utilizzo e gestione della scheda di controllo STm32 VL Discovery Realizzazione dei circuiti elettrici Comunicazione Seriale con moduli XBee Serie2 stabile ed efficiente 21

Grazie per l’attenzione