Difference between revisions of "EMBOT"

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  ''Questo documento contiene materiale proveniente da fonti esterne:''
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  ''EMBOT : Riprogettazione e Realizzazione di un robot esploratore: Meccanica, Controllo Motori e Programmazione''
 
  ''EMBOT : Riprogettazione e Realizzazione di un robot esploratore: Meccanica, Controllo Motori e Programmazione''
 
  ''Autori: Adriano Gaibotti, Francesco Mariggiò''
 
  ''Autori: Adriano Gaibotti, Francesco Mariggiò''
 
  ''Relatore: Prof. Giuseppina GINI''  
 
  ''Relatore: Prof. Giuseppina GINI''  
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[[file:embot.jpg|350px|right]]
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EMBOT (Elettro-pneumatic Mobile roBOT) è un robot della famiglia WHEGS.
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Questi robot utilizzano un sistema di locomozione ibrido tra ruote e zampe, appunto chiamato whegs (wheel-legs).
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Questo lavoro era già stato avviato in due precedenti elaborati in cui il progetto prevedeva, oltre al sistema di locomozione già citato, la possibilità per ogni mozzo di espandersi elettro-pneumaticamente, in modo da poter superare agevolmente ostacoli più alti della sua leva standard.
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Purtroppo uno studio di fattibilità del progetto ha dovuto scartare questa specifica dal modello realizzativo finale.
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{{Project
 
{{Project
 
|title=EMBOT
 
|title=EMBOT
 
|coordinator=GiuseppinaGini
 
|coordinator=GiuseppinaGini
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|students=VittorioLumare,AdrianoGaibotti, FrancescoMariggiò;
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|resarea=Robotics
 
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EMBOT (Elettro-pneumatic Mobile roBOT) è un robot della famiglia WHEGS.
 
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Questi robot utilizzano un sistema di locomozione ibrido tra ruote e zampe, appunto chiamato whegs (wheel-legs).
 
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Questo lavoro era gi`a stato avviato in due precedenti elaborati, in cui il progetto prevedeva, oltre al sis-
 
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tema di locomozione gi`a citato, la possibilità per ogni mozzo di espandersi elettro-
 
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pneumaticamente, in modo da poter superare agevolmente ostacoli più alti della sua leva standard.
 
−
Purtroppo uno
 
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studio di fattibilità del progetto ha dovuto scartare questa specifica dal modello realizzativo finale.
 
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==Sistema WHEGS==
 
==Sistema WHEGS==
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Questa  
+
Questa tipologia di robot utilizza come sistema di locomozione dei giunti rotativi, dotati ciascuno di una o più zampe, che sono in grado quindi di simulare la camminata utilizzando un controllore meno complesso rispetto a quello di un robot a zampe.  
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tipologia di robot utilizza come sistema di locomozione dei giunti rotativi, dotati  
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ciascuno di una o pi `
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u zampe, che sono in grado quindi di simulare la camminata  
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utilizzando un controllore meno complesso rispetto a quello di un robot a zampe.  
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==Stato dell'arte==
 
==Stato dell'arte==
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  PROLERO (PROtotype of LEgged ROver) ´ 1996 da  
 
  PROLERO (PROtotype of LEgged ROver) ´ 1996 da  
 
  A. Martin Alvarez all’ESA (European Space Agency)  
 
  A. Martin Alvarez all’ESA (European Space Agency)  
−
  quattro zampe a L, ciascuna con un solo grado di libert`a
+
  quattro zampe a L, ciascuna con un solo grado di libertà
 
  e attuate singolarmente da un solo motore.
 
  e attuate singolarmente da un solo motore.
  
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===Whegs I===  
 
===Whegs I===  
 
[[file:whegs1.jpg|150px|left]]
 
[[file:whegs1.jpg|150px|left]]
−
  Il Whegs I ´e lungo circa 50 cm, ed utilizza il sistema di locomozione sopra descritto.
+
  Il Whegs I è lungo circa 50 cm, ed utilizza il sistema di locomozione sopra descritto.
 
  Raggiunge una velocità di circa 1.5 m/s. Tra il posizionamento delle zampe  
 
  Raggiunge una velocità di circa 1.5 m/s. Tra il posizionamento delle zampe  
−
  su di uno stesso asse, vi ´e uno sfasamento di 60◦ , producendo cos`ı un’andatura alternata delle zampe.
+
  su di uno stesso asse, vi è uno sfasamento di 60◦ , producendo così un’andatura alternata delle zampe.
  
 
===Whegs II===
 
===Whegs II===
 
[[file:whegs2.jpg|150px|left]]
 
[[file:whegs2.jpg|150px|left]]
−
  Il Whegs II ´e un miglioramento del Whegs I in termini di dispendio energetico  
+
  Il Whegs II è un miglioramento del Whegs I in termini di dispendio energetico  
−
  e capacit`a di locomozione. Oltre ad un sostanziale miglioramento del design, il  
+
  e capacità di locomozione. Oltre ad un sostanziale miglioramento del design, il  
−
  Whegs II ´e stato dotato di un ulteriore giunto a met`
+
  Whegs II è stato dotato di un ulteriore giunto a metà
−
  a del corpo centrale, che permette il superamento
+
  del corpo centrale, che permette il superamento
 
  di ostacoli di maggiore altezza.
 
  di ostacoli di maggiore altezza.
  
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[[file:autonomous_whegs2.jpg|150px|left]]
 
[[file:autonomous_whegs2.jpg|150px|left]]
 
  Percepisce l'ambiente utilizzando un sistema sensoriale molto simile a quello di alcuni insetti  
 
  Percepisce l'ambiente utilizzando un sistema sensoriale molto simile a quello di alcuni insetti  
−
  che usano delle antenne per orientarsi nell’ambiente circostante. ostituite da un sistema di rivelamento degli ostacoli basato su  
+
  che usano delle antenne per orientarsi nell’ambiente circostante
 +
costituite da un sistema di rivelamento degli ostacoli basato su  
 
  sensori ad ultrasuoni.
 
  sensori ad ultrasuoni.
  
 
===Mini-Whegs I ===
 
===Mini-Whegs I ===
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[[file:mini_whegs1.jpg|150px|right]]
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[[file:mini_whegs1.jpg|150px|left]]
−
Il Mini-Whegs I ´e un robot di dimensioni molto ridotte, solo 8-9 cm di lunghezza, e  
+
Il Mini-Whegs I è un robot di dimensioni molto ridotte, solo 8-9 cm di lunghezza, e  
−
ci`
+
ciò gli consente di raggiungere velocità 
−
o gli consente di raggiungere velocit`
+
a di un certo livello, nell’ordine dei 10 body-  
−
a di un certo livello, nell’ordine dei 10 body-  
+
lengths per secondo.
−
lengths per secondo. I
+
  
 
==SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DI EMBOT==
 
==SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DI EMBOT==
  
−
FIG -SCHEMA
+
[[file:schema_embot.gif|400px]]
  
 +
==COMPONENTI DEL SISTEMA==
 +
*Workstation: E' la stazione di controllo fisica che gestisce tutto il robot, dalla connessione all’access point, ai comandi necessari all’attuazione. Su tale macchina verrà quindi lanciato un sorgente creato ad hoc.
 +
*Wifi access point: E' un access-point dalle ridotte dimensioni che gestisce la connessione di rete, al fine di non sovraccaricare anche di questo compito il processore della FOX Board .
 +
*FOX Board LX832 [http://foxlx.acmesystems.it/ Link sito] : E il ”cervello” del robot, una piccola board che controlla l’intero sistema. Si interfaccia con il device di rete, invia i segnali di attuazione alla scheda di controllo, gestisce vventuali periferiche quali webcam e permette all’utente di monitorarla tramite shell ssh.
 +
*Controllo motore: E una scheda elettronica in grado di convertire i segnali inviati dalla FOX Board in valori di tensione utili al controllo dei motori.
 +
*Battery Pack: E il gruppo di batterie al NiMh (Nichel Metal Idrato) che danno energia a tutto il robot. Esso è costituito da due gruppi di batterie in serie da 12V, in maniera tale da fornire al sistema 24V.
 +
*Regolatore di tensione: E una scheda in grado di convertire un segnale da 24V in uno da 5V, necessario all’alimentazione dell’elettronica. Esso è integrato nella scheda del controllo motori. 
 +
*Motore: Consiste in un motoriduttore planetario alimentato a 24V.
  
  
 +
---
  
−
COMPONENTI DEL SISTEMA
 
−
workstation: ´
 
−
E la stazione di controllo fisica che gestisce tutto il robot,
 
−
dalla connessione all’access point, ai comandi necessari all’attuazione. Su
 
−
tale macchina verr`
 
−
a quindi lanciato un sorgente creato ad hoc (che si pu`
 
−
o
 
−
consultare nell’Appendice A).
 
−
􏰀
 
−
Wifi access point: ´
 
−
E per l’appunto un access point dalle ridotte dimensioni
 
−
che gestisce la connessione di rete, al fine di non sovraccaricare anche di
 
−
questo compito il processore della FOX Board.
 
−
􏰀
 
−
FOX Board LX832: ´
 
−
E il ”cervello” del robot, una piccola board che
 
−
controlla l’intero sistema. Si interfaccia con il device di rete, invia i segnali
 
−
di attuazione alla scheda di controllo, gestisce evventuali periferiche quali
 
−
webcam e permette all’utente di monitorarla tramite shell ssh.
 
−
18
 
−
CAPITOLO 3. IMPOSTAZIONE DEL PROBLEMA DI RICERCA
 
−
􏰀
 
−
Controllo motore: ´
 
−
E una scheda elettronica in grado di convertire i segnali
 
−
inviati dalla FOX Board in valori di tensione utili al controllo dei motori.
 
−
􏰀
 
−
Battery Pack: ´
 
−
E il gruppo di batterie al NiMh (Nichel Metal Idrato) che
 
−
danno energia a tutto il robot. Esso ´e costituito da due gruppi di batterie
 
−
in serie da 12V, in maniera tale da fornire al sistema 24V.
 
−
􏰀
 
−
Regolatore di tensione: ´
 
−
E una scheda in grado di convertire un segnale
 
−
da 24V in uno da 5V, necessario all’alimentazione dell’elettronica. Esso ´e
 
−
integrato nella scheda del controllo motori.
 
−
􏰀
 
−
Motore: Consiste in un motoriduttore planetario alimentato a 24V.
 
−
 
−
 
−
---
 
 
==SISTEMA MECCANICO==
 
==SISTEMA MECCANICO==
−
Il sistema meccanico nel suo complesso ´e composto da:  
+
Il sistema meccanico nel suo complesso è composto da:  
−
􏰀
+
*chassis  
−
chassis  
+
*mozzi tri-assiali  
−
􏰀
+
*motoriduttori E192  
−
mozzi tri-assiali  
+
−
􏰀
+
−
motoriduttori E192  
+
 
---
 
---
  
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===CHASSIS===
 
===CHASSIS===
  
−
Lo chassis, gi`
+
Lo chassis, già
−
a presente nei progetti precedenti, ´e composto da un telaio in allu-
+
a presente nei progetti precedenti, è composto da un telaio in alluminio a forma di parallelepipedo, in modo da poter contenere tutti i componenti necessari e fornire una certa simmetria in caso di ribaltamenti.
−
minio a forma di parallelepipedo, in modo da poter contenere tutti i componenti  
+
−
necessari e fornire una certa simmetria in caso di ribaltamenti.  
+
  
 
===MOZZO===
 
===MOZZO===
Line 163: Line 135:
  
 
I componenti elettronici utilizzati sono:  
 
I componenti elettronici utilizzati sono:  
−
􏰀
+
*FOX Board LX832: scheda di controllo che ospita la logica del robot.  
−
FOX Board LX832: scheda di controllo che ospita la logica del robot.  
+
*Schede per il controllo motori: controllano i motori ricevendo i comandi dalla FOX Board.  
−
􏰀
+
*Scheda di rete: scheda per interfacciarsi con l’esterno per il controllo a distanza.  
−
Schede per il controllo motori: controllano i motori ricevendo i comandi  
+
−
dalla FOX Board.  
+
−
􏰀
+
−
Scheda di rete: scheda per interfacciarsi con l’esterno per il controllo a  
+
−
distanza.  
+
  
  
Line 176: Line 143:
  
 
CPU Linux Embedded di ridotte dimensioni e bassi consumi.  
 
CPU Linux Embedded di ridotte dimensioni e bassi consumi.  
−
`
+
E' dotata di un processore Axis ETRAX 100 LX con architettura RISC a 32bit 100MIPS, 32 Megabyte di RAM e 8 Megabyte di FLASH. CPU Linux Embedded di ridotte dimensioni e bassi consumi.  
−
E dotata di un processore Axis ETRAX 100 LX con architettura RISC a 32bit  
+
−
100MIPS, 32 Megabyte di RAM e 8 Megabyte di FLASH. CPU Linux Embedded di ridotte dimensioni e bassi consumi.
+
−
`
+
−
E dotata di un processore Axis ETRAX 100 LX con architettura RISC a 32bit
+
−
100MIPS, 32 Megabyte di RAM e 8 Megabyte di FLASH. T
+
−
Nello sviluppo
+
−
del progetto EMBOT si `e usato il Phrozen SDK, fortemente basato sul SDK stan-
+
−
dard sviluppato da Axis, ma con un alto numero di patches, applicativi e utilities
+
−
aggiunte dallo sviluppatore John Crispin, che ne fanno un SDK molto versatile.  
+
  
 +
Nello sviluppo del progetto EMBOT si è usato il Phrozen SDK, fortemente basato sul SDK standard sviluppato da Axis, ma con un alto numero di patches, applicativi e utilities aggiunte dallo sviluppatore John Crispin, che ne fanno un SDK molto versatile.
  
 
===Controllo motori ===
 
===Controllo motori ===
  
−
Per il controllo motori si sono utilizzate due schede su cui `e montato l’integrato  
+
Per il controllo motori si sono utilizzate due schede su cui è montato l’integrato L298N, che è un doppio ponte H. Il ponte H é un circuito in grado di trasformare i segnali ricevuti in ingresso in appositi comandi per l’attuatore.
−
L298N, che `e un doppio ponte H. Il ponte H `e un circuito in grado di trasformare  
+
−
i segnali ricevuti in ingresso in appositi comandi per l’attuatore.
+
−
 
+
−
 
+
−
l’integrato L298N sia un doppio ponte H fa s`ı che si possano utilizzare solo due
+
−
schede per controllare tutti e quattro i motori.
+
−
 
+
  
 +
L'integrato L298N implementa un doppio ponte H, questo ci ha permesso di utilizzare solo due schede per controllare tutti e quattro i motori.
  
 
=== Interfaccia di rete ===
 
=== Interfaccia di rete ===
−
Per la gestione della connessione senza fili, dato che la FOX Board `e provvista di  
+
Per la gestione della connessione senza fili, dato che la FOX Board è provvista di  
−
un’interfaccia Ethernet 10/100Mb, si `e utilizzato un miniaccess-point, in modo da  
+
un’interfaccia Ethernet 10/100Mb, si è utilizzato un miniaccess-point, in modo da  
 
sgravare la FOX Board dal calcolo computazionale della gestione dei pacchetti.
 
sgravare la FOX Board dal calcolo computazionale della gestione dei pacchetti.
−
 
  
 
==SISTEMA SOFTWARE==
 
==SISTEMA SOFTWARE==
  
−
Terminata la progettazione elettronica, si `e creata un’applicazione in grado di  
+
Terminata la progettazione elettronica, si è creata un’applicazione in grado di  
 
far comunicare una workstation (un qualsiasi PC dotato di scheda di rete) con il  
 
far comunicare una workstation (un qualsiasi PC dotato di scheda di rete) con il  
 
sistema di controllo di EMBOT. Per fare ci`o si `e utilizzata la classica architettura  
 
sistema di controllo di EMBOT. Per fare ci`o si `e utilizzata la classica architettura  
Line 215: Line 167:
 
motori.  
 
motori.  
  
−
===COMANDI===
+
===Comandi===
 
In particolare l’utilizzo delle linee di input ed output presenti all’interno della  
 
In particolare l’utilizzo delle linee di input ed output presenti all’interno della  
 
FOX Board, che serviranno per il controllo dei motori, viene effettuato tramite  
 
FOX Board, che serviranno per il controllo dei motori, viene effettuato tramite  
−
l’accesso ai files speciali /dev/gpioa, /dev/gpiob, /dev/gpiog, che fanno riferi-
+
l’accesso ai files speciali
−
mento rispettivamente alla Port A, alla Port B e alla Port G.  
+
*''/dev/gpioa''
−
 
+
*''/dev/gpiob''
 +
*''/dev/gpiog''
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che fanno riferimento rispettivamente alla Port A, alla Port B e alla Port G.
  
 
===Cross-compilazione ===
 
===Cross-compilazione ===
−
Il sorgente che risieder`a su Embot `e stato progettato su un’architettura i386 e suc-
+
Il sorgente che risiederà su Embot è stato progettato su un’architettura i386 e successivamente cross-compilato per l’architettura MIPS100.
−
cessivamente cross-compilato per l’architettura MIPS100.  
+
  
 +
==Conclusioni Direzioni Future di Ricerca==
 +
Come primo punto di ricerca futura bisognerà senz’altro risolvere il problema del controllo via Wifi e dell’alimentazione. Per ovviare alla durata limitata della batteria, sarebbe interessante studiare la possibilità di dotare il robot di un sistema di pannelli solari per la rigenerazione del gruppo di celle al NiMH. Tale opzione porterebbe notevoli vantaggi, dato che EMBOT ´e per sua natura un robot esploratore, progettato quindi per il movimento all’aria aperta. Rimanendo proprio in questo settore, sarebbe davvero interessante studiare la possibilità di rendere lo chassis del robot a tenuta stagna. Tale proprietà, unita ad un’alleggerimento generale delle pesistiche in gioco, potrebbe portare il robot a muoversi sia in ambienti fangosi, che possibilmente in acqua, dato che la particolare conformazione del sistema di locomozione (unito anche a speciali ”piedini” per le zampe), potrebbe fungere da pale per creare un effetto ”battello”.
 +
Ovviamente per ottenere tale risultato, bisogner´a lavorare molto sul peso.
  
 +
Un altro attraente sviluppo futuro potrebbe essere quello di avvicinare EMBOT ad un suo predecessore quale l’Autonomous Whegs II (citato nel secondo capitolo). Ciò porterebbe a dotare il robot di un sistema sensoriale per la rilevazione degli ostacoli, unito ad un avanzato sistema autonomo di controllo della locomozione. Questa opzione, unita ai pannelli solari, porterebbe Embot ad un eccellente stato di completa autonomia.
  
 +
Un altro interessante sviluppo potrebbe scaturire dall’aggiunta di vari sensori di rilevazione, in modo da avere una stima completa dell’ambiente che circonda EMBOT, quale temperatura, umidità, e forse più interessante di tutti, rilevazioni di tipologie e percentuali di gas presenti nell’aria. Tale sistema potrebbe rendere utile il robot nel caso di perlustrazioni di terreni nel quale un uomo potrebbe
 +
trovarsi a rischio, quali ad esempio, esplorazione di condotte con possibile presenza di esalazioni tossiche.
  
  
 +
==NOTE LAVORI IN CORSO==
  
 +
Ricerca materiali:
 +
*Batterie
 +
**http://www.ev-power.eu/index.php?p=productsMore&iProduct=354&sName=lp12v20ahb-12v-20ah
 +
*Motori
 +
**http://www.bernio.it/show.php?Cod=mvsf75226&Lang=ITA (8Nm, 13Nm di spunto, prob. compatibile in dimensioni, Imax 6A ) [FORSE IL MIGLIORE CANDIDATO]
 +
**http://www.bernio.it/show.php?Cod=mvsf763l26&Lang=ITA (Modello candidato MVSF 763 L 26 1/30)
 +
** RS (cc 24V 208gr Crouzet 80807018 30EUR)
 +
**http://it.rs-online.com/web/p/motoriduttori-cc/4095406/ ( cc 24V 208gr Crouzet 80807018 , 5Nm  208 rpm  800g 127EUR)
 +
**RS http://it.rs-online.com/web/p/motoriduttori-cc/6685528/ (6Nm 1,25 kg 140 EUR)
 +
** RS  http://it.rs-online.com/web/p/motoriduttori-cc/0397326/  (810 Ncm 30rpm 60W 12V 232EUR)
 +
*controllo motori
 +
**http://www.pololu.com/catalog/product/705 (9A 27EUR)
 +
**RS http://it.rs-online.com/web/p/controllo-motori/7264068/  http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0f8a/0900766b80f8a49b.pdf (BTN7970 - Half Bridge 40A , 6,60 EUR x 8 = 52,8 EUR)
  
−
==Direzioni Future di Ricerca e Conclusioni==
+
--- PROGETTO TEMPORANEAMENTE SOSPESO ---
−
Come primo punto di ricerca futura bisogner´a senz’altro risolvere il problema del
+
 
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controllo via Wifi e dell’alimentazione. Per ovviare alla durata limitata della bat-  
+
==Datasheet e Documentazione==
−
teria, sarebbe interessante studiare la possibilit´a di dotare il robot di un sistema
+
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di pannelli solari per la rigenerazione del gruppo di celle al NiMH. Tale opzione
+
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porterebbe notevoli vantaggi, dato che EMBOT ´e per sua natura un robot es-  
+
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ploratore, progettato quindi per il movimento all’aria aperta.
+
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Rimanendo proprio in questo settore, sarebbe davvero interessante studiare la
+
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possibilit´a di rendere lo chassis del robot a tenuta stagna. Tale propriet´
+
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a, unita
+
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ad un’alleggerimento generale delle pesistiche in gioco, potrebbe portare il robot
+
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a muoversi sia in ambienti fangosi, che possibilmente in acqua, dato che la parti-  
+
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colare conformazione del sistema di locomozione (unito anche a speciali ”piedini”
+
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per le zampe), potrebbe fungere da pale per creare un effetto ”battello”.
+
−
Ovviamente per ottenere tale risultato, bisogner´a lavorare molto sul peso.
+
−
Un altro attraente sviluppo futuro potrebbe essere quello di avvicinare EMBOT
+
−
ad un suo predecessore quale l’Autonomous Whegs II (citato nel secondo capitolo).
+
−
Ci´
+
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o porterebbe a dotare il robot di un sistema sensoriale per la rilevazione degli
+
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ostacoli, unito ad un avanzato sistema autonomo di controllo della locomozione.
+
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Questa opzione, unita ai pannelli solari, porterebbe Embot ad un eccellente stato
+
−
di completa autonomia.
+
−
Un altro interessante sviluppo potrebbe scaturire dall’aggiunta di vari sensori di
+
−
rilevazione, in modo da avere una stima completa dell’ambiente che circonda EM-  
+
−
BOT, quale temperatura, umidit´
+
−
a, e forse pi ´
+
−
u interessante di tutti, rilevazioni di
+
−
tipologie e percentuali di gas presenti nell’aria. Tale sistema potrebbe rendere
+
−
utile il robot nel caso di perlustrazioni di terreni nel quale un uomo potrebbe
+
−
trovarsi a rischio, quali ad esempio, esplorazione di condotte con possibile presen-
+
−
36
+
  
−
==RISULTATO FINALE E CONCLUSIONI ==
+
*FOXBoard [http://foxlx.acmesystems.it/ Link sito]
−
za di esalazioni tossiche.  
+
−
Come conclusione si pu´
+
−
o dire che siamo pi ´
+
−
u che soddisfatti del lavoro svolto,
+
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che ci ha portato a mettere in pratica concetti e nozioni apprese durante la nostra
+
−
carriera universitaria e che, altrimenti, sarebbero rimaste solamente sulla carta.
+
−
Lo svolgimento di questo progetto ci ha portato inoltre a consolidare le nostre
+
−
nozioni sull’elettronica e la programmazione, oltre a farci diventare esperti nell’uso
+
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del trapano e del saldatore.
+

Latest revision as of 21:49, 8 October 2012


Questo documento contiene materiale proveniente da fonti esterne: 

EMBOT : Riprogettazione e Realizzazione di un robot esploratore: Meccanica, Controllo Motori e Programmazione
Autori: Adriano Gaibotti, Francesco Mariggiò
Relatore: Prof. Giuseppina GINI
Embot.jpg


EMBOT (Elettro-pneumatic Mobile roBOT) è un robot della famiglia WHEGS.

Questi robot utilizzano un sistema di locomozione ibrido tra ruote e zampe, appunto chiamato whegs (wheel-legs).

Questo lavoro era già stato avviato in due precedenti elaborati in cui il progetto prevedeva, oltre al sistema di locomozione già citato, la possibilità per ogni mozzo di espandersi elettro-pneumaticamente, in modo da poter superare agevolmente ostacoli più alti della sua leva standard. Purtroppo uno studio di fattibilità del progetto ha dovuto scartare questa specifica dal modello realizzativo finale.








EMBOT
Coordinator: GiuseppinaGini (gini@elet.polimi.it)
Tutor:
Collaborator:
Students: VittorioLumare (venom@venom.it), AdrianoGaibotti (adriano.gaibotti@mail.polimi.it), FrancescoMariggio (francesco.mariggio@mail.polimi.it)
Research Area: Robotics
Research Topic: Robot development
Start: 2011/09/10
Status: Closed
Level: Ms
Type: Thesis

Sistema WHEGS

Questa tipologia di robot utilizza come sistema di locomozione dei giunti rotativi, dotati ciascuno di una o più zampe, che sono in grado quindi di simulare la camminata utilizzando un controllore meno complesso rispetto a quello di un robot a zampe.

Stato dell'arte

PROLERO

Prolero.jpg
PROLERO (PROtotype of LEgged ROver) ´ 1996 da 
A. Martin Alvarez all’ESA (European Space Agency) 
quattro zampe a L, ciascuna con un solo grado di libertà 
e attuate singolarmente da un solo motore.

RHex

Rhex.jpg
E' un robot dotato di sei zampe messe in movimento ciascuna da un attuatore.




_

Whegs I

Whegs1.jpg
Il Whegs I è lungo circa 50 cm, ed utilizza il sistema di locomozione sopra descritto.
Raggiunge una velocità di circa 1.5 m/s. Tra il posizionamento delle zampe 
su di uno stesso asse, vi è uno sfasamento di 60◦ , producendo così un’andatura alternata delle zampe.

Whegs II

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Il Whegs II è un miglioramento del Whegs I in termini di dispendio energetico 
e capacità di locomozione. Oltre ad un sostanziale miglioramento del design, il 
Whegs II è stato dotato di un ulteriore giunto a metà
del corpo centrale, che permette il superamento
di ostacoli di maggiore altezza.

Autonomous Whegs II

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Percepisce l'ambiente utilizzando un sistema sensoriale molto simile a quello di alcuni insetti 
che usano delle antenne per orientarsi nell’ambiente circostante
costituite da un sistema di rivelamento degli ostacoli basato su 
sensori ad ultrasuoni.

Mini-Whegs I

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Il Mini-Whegs I è un robot di dimensioni molto ridotte, solo 8-9 cm di lunghezza, e 
ciò gli consente di raggiungere velocità  
a di un certo livello, nell’ordine dei 10 body- 
lengths per secondo.

SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DI EMBOT

Schema embot.gif

COMPONENTI DEL SISTEMA

  • Workstation: E' la stazione di controllo fisica che gestisce tutto il robot, dalla connessione all’access point, ai comandi necessari all’attuazione. Su tale macchina verrà quindi lanciato un sorgente creato ad hoc.
  • Wifi access point: E' un access-point dalle ridotte dimensioni che gestisce la connessione di rete, al fine di non sovraccaricare anche di questo compito il processore della FOX Board .
  • FOX Board LX832 Link sito : E il ”cervello” del robot, una piccola board che controlla l’intero sistema. Si interfaccia con il device di rete, invia i segnali di attuazione alla scheda di controllo, gestisce vventuali periferiche quali webcam e permette all’utente di monitorarla tramite shell ssh.
  • Controllo motore: E una scheda elettronica in grado di convertire i segnali inviati dalla FOX Board in valori di tensione utili al controllo dei motori.
  • Battery Pack: E il gruppo di batterie al NiMh (Nichel Metal Idrato) che danno energia a tutto il robot. Esso è costituito da due gruppi di batterie in serie da 12V, in maniera tale da fornire al sistema 24V.
  • Regolatore di tensione: E una scheda in grado di convertire un segnale da 24V in uno da 5V, necessario all’alimentazione dell’elettronica. Esso è integrato nella scheda del controllo motori.
  • Motore: Consiste in un motoriduttore planetario alimentato a 24V.


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SISTEMA MECCANICO

Il sistema meccanico nel suo complesso è composto da:

  • chassis
  • mozzi tri-assiali
  • motoriduttori E192

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CHASSIS

Lo chassis, già a presente nei progetti precedenti, è composto da un telaio in alluminio a forma di parallelepipedo, in modo da poter contenere tutti i componenti necessari e fornire una certa simmetria in caso di ribaltamenti.

MOZZO

PESO TOTALE

SISTEMA ELETTRONICO

I componenti elettronici utilizzati sono:

  • FOX Board LX832: scheda di controllo che ospita la logica del robot.
  • Schede per il controllo motori: controllano i motori ricevendo i comandi dalla FOX Board.
  • Scheda di rete: scheda per interfacciarsi con l’esterno per il controllo a distanza.


FOXBoard

CPU Linux Embedded di ridotte dimensioni e bassi consumi. E' dotata di un processore Axis ETRAX 100 LX con architettura RISC a 32bit 100MIPS, 32 Megabyte di RAM e 8 Megabyte di FLASH. CPU Linux Embedded di ridotte dimensioni e bassi consumi.

Nello sviluppo del progetto EMBOT si è usato il Phrozen SDK, fortemente basato sul SDK standard sviluppato da Axis, ma con un alto numero di patches, applicativi e utilities aggiunte dallo sviluppatore John Crispin, che ne fanno un SDK molto versatile.

Controllo motori

Per il controllo motori si sono utilizzate due schede su cui è montato l’integrato L298N, che è un doppio ponte H. Il ponte H é un circuito in grado di trasformare i segnali ricevuti in ingresso in appositi comandi per l’attuatore.

L'integrato L298N implementa un doppio ponte H, questo ci ha permesso di utilizzare solo due schede per controllare tutti e quattro i motori.

Interfaccia di rete

Per la gestione della connessione senza fili, dato che la FOX Board è provvista di un’interfaccia Ethernet 10/100Mb, si è utilizzato un miniaccess-point, in modo da sgravare la FOX Board dal calcolo computazionale della gestione dei pacchetti.

SISTEMA SOFTWARE

Terminata la progettazione elettronica, si è creata un’applicazione in grado di far comunicare una workstation (un qualsiasi PC dotato di scheda di rete) con il sistema di controllo di EMBOT. Per fare ci`o si `e utilizzata la classica architettura client-server, in cui il client `e la workstation che invia i comandi al robot e il server `e la FOX Board che riceve i comandi ed invia degli opportuni segnali al controllo motori.

Comandi

In particolare l’utilizzo delle linee di input ed output presenti all’interno della FOX Board, che serviranno per il controllo dei motori, viene effettuato tramite l’accesso ai files speciali

  • /dev/gpioa
  • /dev/gpiob
  • /dev/gpiog

che fanno riferimento rispettivamente alla Port A, alla Port B e alla Port G.

Cross-compilazione

Il sorgente che risiederà su Embot è stato progettato su un’architettura i386 e successivamente cross-compilato per l’architettura MIPS100.

Conclusioni Direzioni Future di Ricerca

Come primo punto di ricerca futura bisognerà senz’altro risolvere il problema del controllo via Wifi e dell’alimentazione. Per ovviare alla durata limitata della batteria, sarebbe interessante studiare la possibilità di dotare il robot di un sistema di pannelli solari per la rigenerazione del gruppo di celle al NiMH. Tale opzione porterebbe notevoli vantaggi, dato che EMBOT ´e per sua natura un robot esploratore, progettato quindi per il movimento all’aria aperta. Rimanendo proprio in questo settore, sarebbe davvero interessante studiare la possibilità di rendere lo chassis del robot a tenuta stagna. Tale proprietà, unita ad un’alleggerimento generale delle pesistiche in gioco, potrebbe portare il robot a muoversi sia in ambienti fangosi, che possibilmente in acqua, dato che la particolare conformazione del sistema di locomozione (unito anche a speciali ”piedini” per le zampe), potrebbe fungere da pale per creare un effetto ”battello”. Ovviamente per ottenere tale risultato, bisogner´a lavorare molto sul peso.

Un altro attraente sviluppo futuro potrebbe essere quello di avvicinare EMBOT ad un suo predecessore quale l’Autonomous Whegs II (citato nel secondo capitolo). Ciò porterebbe a dotare il robot di un sistema sensoriale per la rilevazione degli ostacoli, unito ad un avanzato sistema autonomo di controllo della locomozione. Questa opzione, unita ai pannelli solari, porterebbe Embot ad un eccellente stato di completa autonomia.

Un altro interessante sviluppo potrebbe scaturire dall’aggiunta di vari sensori di rilevazione, in modo da avere una stima completa dell’ambiente che circonda EMBOT, quale temperatura, umidità, e forse più interessante di tutti, rilevazioni di tipologie e percentuali di gas presenti nell’aria. Tale sistema potrebbe rendere utile il robot nel caso di perlustrazioni di terreni nel quale un uomo potrebbe trovarsi a rischio, quali ad esempio, esplorazione di condotte con possibile presenza di esalazioni tossiche.


NOTE LAVORI IN CORSO

Ricerca materiali:

--- PROGETTO TEMPORANEAMENTE SOSPESO ---

Datasheet e Documentazione

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