Robot aspirapolvere

progetto realizzato da: (ALPHA TEAM)
Bisio Giulio,Dal Bianco Davide, Greselin Matteo , Filippi Nicolò
Relazione a cura di : Bisio Giulio
Scopi:
Il progetto nasce dalla voglia di realizzare un robot che abbia per fine non unicamente una funzione di
esercizio scolastico. L’idea come tutti sappiamo non è affatto un’innovazione,esistono già questi tipi di
robot che ormai si possono trovare a poche centinaia di euro.
CARATTERISTICHE GENERALI:
Struttura:
La struttura interamente realizzata dai componenti del gruppo è caratterizzata da una semplice base in
acciaio, rinforzata e di forma ellittica con estremità troncate,a cui è stato fissato il tutto.
Movimento:
il moto è stato realizzato attraverso due motori DC posti in asse tra di loro leggermente in posizione
arretrata rispetto l’asse della base,questo perché si è optato per porre una terza ruota in teflon non
sterzante posta in posizione frontale.
Aspirazione:
L’aspirazione è stata ottenuta attraverso la rotazione di una ventola con un motorino DC a 6v alimentato
separatamente da 4 batterie stilo ricaricabili.
tutta la struttura di aspirazione è stata realizzata su misura attraverso il riciclo di materiali plastici
Alimentazione:
Il tutto (aspirazione esclusa)è alimentata da una batteria 12v ricaricabile posta sul baricentro della struttura
per una migliore distribuzione dei pesi.
Gruppo Sensori:
Il robot può montare 11 sensori ad infrarossi Sharp.
-6 già montati vengono utilizzati per rilevare ostacoli e sono posti verticalmente alla base del robot
-5 sono posti orizzontalmente possono essere montati in corrispondenza degli appositi fori predisposti sulla
base con lo scopo di proteggere le 3 ruote dalla caduta nel vuoto (2 a protezione di ogni ruota motrice e 1
per quella non motrice)
Gruppo schede:
il robot monta nel castello posto posteriormente :
-scheda madre
-scheda di stabilizzazione dei sensori (assente nell’ultima versione)
-la ‘’main power board’’(scheda di potenza)
-scheda driver dei motori (montate sopra i corrispondenti motori)
DESCRIZIONE DELLE SCHEDE
SCHEDA MADRE
La nostra scheda madre non è particolarmente complessa essa è infatti semplicemente costituita da una
serie di morsettiere per collegare input e output al microprocessore e per l’alimentazione del micro.
Permette attraverso il pulsante di resettare il micro, ed interfacciarlo al pc con la porta seriale .
Il microprocessore BX-24:
Velocità
Multitasking
Il modulo BX24
Linee di I/O
Ingressi ADC
83.000 istruzioni al secondo
Il BX24 è in grado di eseguire più subroutine
BasicX contemporaneamente ed è in grado di
gestire la cominicazione tra esse tramite code
e semafori.
21 di cui 16 standard, 2 seriali, 3 non riportati
sui piedini
8 delle linee di I/O standard possono essere
configurate come ingressi analogici a 10 bit
con velocità di campionamento di 6000
campioni al secondo
2 linee
da 4.8 volt a 15.0 volt in corrente continua
20mA escluso il carico sulle linee I/O
Linee seriali
Alimentazione
Assorbimento
Massima corrente
80mA in totale 10 mA su ogni singola linea in
erogabile sulle linee
uscita (a 5 volt)
di I/O
Package
24 pin dual in line
SCHEDA ‘’MAIN POWER BOARD’’
Scheda di alimentazione di tutto il sistema costituito da:
-il circuito principale è costituito da un partitore di tensione da 12 v con uscite a 5v
-presenta n uscite in parallelo a 12v
- è stato predisposto un circuito di ricarica della batteria sia con alimentazione esterna sia con l’utilizzo di
pannello solare che per mancanza di tempo non è stato collaudato
(al posto del LM317 abbiamo utilizzato 7805)
-circuito di azionamento della ventola di aspirazione
COMPONENTI:
- interruttore ventola
-interruttore generale
-stabilizzatore di tensione 7805
-componenti ricarica batterie
(da riprogettare)
SCHEDA DRIVER DEI MOTORI
La realizzazione di questa scheda è stata indispensabile per la gestione dei motori DC in quanto
richiedevano un elevato valore di corrente che il BX24 non era in grado di fornire in uscita. La realizzazione
ed il collaudo di questa ci ha occupati gran parte del tempo a causa di errori di valutazione ed inesperienza
ma soprattutto a causa degli alti valori di corrente che i motori erano in grado di assorbire mettendo in crisi
il circuito stampato.
Abbiamo realizzato due versioni :
-versione 1
-versione 2
schema elettrico
circuito stampato versione 1
Scheda versione 1
scheda versione 2
SCHEDA DI STABILIZZAZIONE DEI SENSORI
Scheda realizzata con lo scopo iniziale di stabilizzare il segnale dei sensori ma visto l’inefficacia a limitare i
disturbi elettromagnetici dei motori e di fatto rallentando solo il sistema ,nella configurazione finale si è
quindi deciso di non utilizzarla.
COMPONENTI:
- 11 condensatori elettrolitici da 10 µ F
-11 resistenze di scarica del condensatore da 150 Ω
CARATTERISTICHE DEI COMPONENTI
MOTORI DC (MOTRICI)
MVSF 752/26
24 V dc 45 W | 26
TIPO
752 26
1/10
Rapporto * R.P.M.
riduzione a vuoto
min-1
10,5
190
*
R.P.M.
S1
min-1
Coppia
S1
Nm
*
R.P.M.
S2
min-1
Coppia
S2
Nm
Coppia
Max
Nm
I
max
A
165
1,2
118
2
4,5
6
Motoriduttore a vite senza fine con motore standard Ø 52 12/24 Vdc 2000 giri 45W.
Albero motore montato su cuscinetto e bronzina
Albero di uscita supportato da 2 cuscinetti
Possibilità di un Encoder magnetico 4 impulsi x giro 2 canali (Lunghezza totale 193mm)
* Le velocità di rotazione sono soggette a variazioni del 10 %.
Fili uscenti 2 x 0,75 L 200 mm.
Il funzionamento S1 è continuo con sovratemperatura di 70° (I max 1,8A)
Il funzionamento S2 è al 50% di 5` con sovratemperatura massima di 80° (I max 2,9A)
La corrente di spunto (6 A) non deve essere mantenuta per più di 2".
Forze massime che possono agire sull`albero di uscita:
Assiale 25 kg, Radiale 40 kg.
SCHEMA A BLOCCHI DEL SISTEMA
ALIMENTAZIONE
MICRO BX-24
DAC
SCHEDA MOTORI
ADC
SENSORI
MOVIMENTO
PRINCIPALI PROBLEMATICHE E SOLUZIONI ADOTTATE
Problema 1 ( la velocità ):il robot con abilitazione dei motori a 5v pilotata da una generica uscita
del BX con di fatto, un dutycycle pari a 1.0 (100%) ,va troppo veloce e non è in grado di fermarsi
per tempo. Vista l’impossibilità di cambiare la configurazione delle ruote e la mancanza di tempo
per riprogettare le schede creando una caduta di tensione adatta sui motori, l’unica alternativa è
stata utilizzare il PWM per pilotare l’enable andando in contro al problema 2.
Problema 2 (il PWM):questi motori non riescono a partire con il PWM con dutycycle a 1.0 e
frequenza superiore o uguale a 225.9 Hz quindi è stato necessario creare una funzione nel
programma che avvia i motori con un enable a 56.47 Hz per qualche istante (i motori partono a
scatti per i lunghi impulsi a gradino) per poi creare una rampa decrescente da dutycycle = 1.0 a
dutycycle = 0.7 a frequenza di 225.9 Hz in modo da eliminare gli scatti e risolvere il problema
dell’eccessiva velocità descritta nel problema 1.
Problema 3 (disturbi ai sensori): risolto il problema dei motori è comparso quello ai sensori,infatti,i
campi elettromagnetici dei motori interferiscono con il segnale dei sensori introducendo valori del
tutto anomali. Il problema purtroppo non è stato ancora risolto in maniera completa si è cercato di
schermare i motori con della carta stagnola;all’interno del programma è stata creata una funzione
filtro che elimina eventuali valori anomali eseguendo una differenza tra il dato precedente e
quello attuale,quando questa variazione supera una soglia il dato viene segnato come anomalo e
risulta ininfluente a discapito però della velocità di risposta.
PER IL FUTURO:
Il progetto realizzato può essere definito un discreto punto di partenza su cui le generazioni future
spero possano partire con l’intento di migliorarlo e rinnovarlo.
Spunti per un upgrade:
-aggiungere sensori di vuoto
-ricarica automatica da rete e con pannello solare
-pilotaggio della ventola con il micro
-programmarlo come inseguitore di un oggetto sfruttando le potenzialità dei sensori sharp
RINGRAZIAMENTI:
Per la collaborazione durante alcune fasi della realizzazione: Dal Bianco Davide,Greselin Matteo,Filippi
Nicolò.
La scuola per aver fornito il materiale il professor Tomiello e l’assistente di laboratorio Marchiorato per
l’aiuto e le competenze che ci sono state fornite.