Realizzazione di un LineFollower 4WD

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

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

3. 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

4. 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

5. 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

6. Struttura meccanica 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

7. Struttura meccanica 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

8. Sensoristica 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

9. Sensoristica 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

10. Hardware 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

11. Hardware 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

12. Hardware 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

13. Algoritmo di controllo 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

14. Algoritmo di controllo 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

15. Algoritmo di controllo 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

16. Algoritmo di controllo 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

17. Regolatore PD Regolatore PD • Parte Proporzionale 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

18. 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

19. 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

20. 20

21. Conclusioni 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

22. Grazie per l’attenzione