Progetto SEDUGV tesina

A.S. 2013/2014

SEDUGV

Indice

Introduzione ........................................................... 3

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Analisi Tecnica ........................................................ 9

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Commenti e Conclusioni ....................................... 18

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Autore:Niccolò Borgonovo Pag. 2

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In senso lato, i rover risalgono alla seconda guerra mondiale e alla Guerra Fredda,

rappresentati soprattutto dai Goliath tedeschi e dai Teletank sovietici.

Essenzialmente un rover è un mezzo semi-autonomo, cingolato o dotato di

pneumatici, che ha come obbiettivo finale quello di permettere l’esplorazione di

luoghi e territori in maniera remota agli esseri umani che per motivi di sicurezza

non possono raggiungere il luogo di esplorazione.

L’esempio più famoso di rover riguarda le sonde spaziali mandate in esplorazione

su pianeti non avvicinabili dall’uomo (Es. la sonda “Spirit” su marte), o i rover

utilizzati dalle forze armate di tutto il mondo per il disinnesco di ordigni esplosivi.

Alcuni credono che il futuro della guerra moderna sarà combattuta con sistemi

automatizzati di armi. Gli Stati Uniti stanno investendo pesantemente in ricerca e

sviluppo relativi alle prove e distribuzione di sistemi sempre più automatizzati.

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Riguardo ai veicoli terrestri, DARPA ha ospitato delle gare nel 2004 e 2005 per

coinvolgere aziende private e università nello sviluppo di veicoli terrestri senza

pilota in grado di attraversare terreni accidentati, per un premio finale di 2 milioni

di dollari.

Ai giorni nostri l’utilizzo di rover e robot è principalmente indirizzato verso l’uso

militare, anche se sempre più spesso si possono trovare robot che semplificano il

lavoro di tutti i giorni.

Il progetto SEDUGV (Surveillance, Emergency & Defense Unmanned Ground

Vehicle) si propone come soluzione a problemi di sicurezza e tempistica relativi a

situazioni di emergenza.

Il progetto è composto da un rover cingolato in grado di muoversi su terreni

accidentati e sconnessi e raggiungere posizioni inavvicinabili istantaneamente

dall'uomo. Il Rover avrà il compito di sostituire gli esseri umani nelle operazioni di

ricerca, assistenza e monitoraggio delle vittime in casi di calamità naturali senza

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mettere in pericolo la vita dei soccorritori che interverranno solo in caso di

individuazione della vittima.

Tra le possibilità di utilizzo di SEDUGV c'è anche quella della semplice sorveglianza

di obbiettivi sensibili, come per esempio luoghi in cui sono presenti dati preziosi.

- Approfondimento del

linguaggio C con i suoi

“dialetti”

- Programmazione Microcontrollori

- Studio e approfondimento della

comunicazione seriale

- Realizzazione protocollo seriale

- Studio e approfondimento mezzi trasmissivi,

in particolare ponti radio

- Approfondimento Microcontrollore Arduino

- Approfondimento su

componenti elettronici

- Specializzazione nelle

saldature di precisione - Studio della meccanica di base

dell’elettronica

- Studio di potenza - Studio della meccanica dei moti

- Studio delle fonti energetiche - Studio della meccanica applicata

Le materie che sono state coinvolte nel progetto sono:

- Sistemi e Reti: grazie a questa materia infatti sono state apprese le nozioni

base della comunicazione tra dispositivi e tutte le informazioni riguardanti i

microcontrollori utilizzati da SEMAGV. Questa disciplina ha anche permesso

la realizzazione di un protocollo seriale necessario alla comunicazione tra i

due sistemi e ha fornito le conoscenze per la scelta del tipo di mezzo

trasmissivo più idoneo al progetto.

- Informatica: questa materia ha fornito le conoscenze necessarie per la

programmazione in linguaggio C, vantaggio notevole considerando che il

microcontrollore Arduino utilizza un linguaggio proprietario derivante dal C.

- Elettronica: la materia è stata studiata nei due anni precedenti

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Il progetto SEDUGV nasce nel giugno 2013, inizialmente è solo un idea che

prenderà poi forma nel agosto 2013 con l'arrivo dei primi componenti del

progetto e le bozze dei primi programmi di test, per poi diventare effettivo nel

gennaio 2014 con il primo prototipo della parte meccanica e i primi programmi di

gestione del sistema. Il progetto nasce con l’idea di un continuo miglioramento

fino al raggiungimento dell’obbiettivo finale, la mappatura 3D interna di un

edificio e la guida autonoma del Rover, obbiettivi che al momento non possono

essere raggiunti con componenti a basso costo da privati ma solo attraverso

finanziamenti statali.

L’obbiettivo finale comprende l’ampliamento della flotta di droni integrando un

velivolo UAV, un natante ROV ed un sottomarino ROUV.

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Le difficoltà maggiori sono state sicuramente quelle relative alla parte meccanica,

la costruzione di elementi cingolati infatti richiede molto studio e grande

conoscenza della meccanica dei moti.

Per tale parte mi sono appoggiato al dipartimento di meccanica del nostro ITIS

per il taglio dei segmenti a “L” che hanno poi formato i denti di aggancio sul

cingolo. Il resto della parte meccanica, composto da scocca esterna, intelaiatura

per il gruppo cingolato, cingoli, parti varie e messa a punto, sono stati progettati,

prototipati e realizzati in versione finale con l’aiuto del Signor Tagliabue

Francesco, meccanico ed esperto progettista.

Altro grande problema è stato quello del Beta-Test che ha prodotto la bruciatura

di un integrato della scheda per il controllo dei motori a causa di un eccessivo

flusso di corrente a solo 2 settimane dalla fine delle lezioni. Questo problema è

nato esclusivamente per una non corrispondenza tra la scheda effettiva e la

documentazione fornita dal venditore.

L’ultima problematica riscontrata è stato un malfunzionamento della

comunicazione seriale tra i due Arduino. Questo problema è sorto dopo il beta-

test (che è andato a buon fine) senza apparenti motivi, non sono state apportate

modifiche al programma funzionante. Il problema, probabilmente imputabile ad

un malfunzionamento dell’hardware, non dava indizi per una corretta risoluzione,

per questo motivo nell’ultimo periodo di sviluppo l’attenzione si è focalizzata

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esclusivamente sulla ricerca di una soluzione con l’aiuto del professor Breviario

Giovanni. Autore:Niccolò Borgonovo Pag. 8

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Il rover viene teleguidato da una stazione di controllo composta da una valigetta

stagna e anti-urto che comprende: tastierino alfa-numerico per l'accesso al

programma di controllo, display LCD per la visualizzazione dei dati letti e delle

informazioni sul rover, schermo per la visualizzazione delle immagini trasmesse

dalla telecamera, potenziometri e joystick per il controllo del rover.

Dall’altro lato il rover ha a disposizione vari sensori necessari per l’analisi

dell’ambiente circostante tra i quali: Sensori di analisi dell’aria (necessari per

rilevare la presenza di metano e GNL), Sensore di presenza di fiamma (per

verificare l’assenza di fiamme vive o possibili inizi di incendio), Sensore di

luminosità, Sensore di distanza, GPS (per localizzare in modo esatto la posizione

del rover in ogni momento), luci infrarosse, luci a led, luci stroboscopiche, sirena

d’allarme.

SEDUGV si muove grazie a due motori ad alta potenza (dello stesso tipo di quelli

utilizzati sulle biciclette a pedalata assistita) e viene alimentato da una batteria

per auto (12V 45Ah con uno spunto massimo di 420A) che gli garantisce un

autonomia massima di circa 2 ore. Autore:Niccolò Borgonovo Pag. 9

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Dal punto di vista meccanico il rover è composto da due parti essenziali: il corpo

centrale, dove risiedono elettronica e batteria; e il gruppo cingolato, composto da

supporto, meccanismo di trasferimento del moto e motore. Questi elementi sono

separabili in pochi secondi tra loro in modo da poter rendere più agile e comodo il

trasporto o velocizzare eventuali interventi di manutenzione.

La struttura è stata pensata per poter supportare carichi paganti notevoli senza

subire il minimo danno.

È stata scelta la trazione a cingoli per poter sfruttare al meglio le potenzialità di

SEDUGV anche su superfici sconnesse e tortuose. La proprietà fondamentale dei

cingoli è infatti quella di riuscire a suddividere in maniera migliore il peso del

mezzo su una superficie d’appoggio maggiore rispetto a quella di un mezzo a

ruote permettendo cosi il movimento anche in terreni che forniscono una bassa

resistenza al peso (come terreni sabbiosi o fangosi).

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Un microcontrollore è un dispositivo elettronico integrato su singolo chip, nato

come evoluzione alternativa al Microprocessore e utilizzato generalmente

in sistemi embedded ovvero per applicazioni specifiche di controllo digitale.

È progettato per interagire direttamente con il mondo esterno tramite

un programma residente nella propria memoria interna e mediante l'uso

di pin specializzati o configurabili dal programmatore.

L'ampia gamma di funzioni di comando e controllo disponibili, sia analogiche sia

digitali, integrate sullo stesso chip, permette l'impiego delle MCU in sostituzione

di schede elettroniche cablate tradizionali ben più complesse e costose.

Il primo computer on-chip ottimizzato per applicazioni di controllo è stato il

modello 8048 di Intel, uscito nel 1975.

L'architettura del microcontrollore prevede un insieme di moduli fissi, comuni a

tutti i modelli, e una serie di possibili estensioni in funzione del costruttore, del

prezzo e della fascia applicativa:

Unità di elaborazione: CPU

- Memoria di programma: ROM, EPROM, FLASH

- Memoria dati: RAM e EEPROM

- Oscillatore interno o esterno

- Porte di I/O

- Gestione Interrupt

- Moduli aggiuntivi

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Il successo e l'enorme crescita del mercato di questi componenti sono dovuti a

questi fattori:

Basso costo

- Ampia scalabilità di prestazioni, di complessità (da 8 pin a 144 pin) e

- velocità (da 1 MHz a 200 MHz)

Vasta gamma di dotazioni in periferiche e moduli specializzati

- Ridotto numero di componenti esterni, in altre parole semplicità di

- realizzazione

Facilità di programmazione dovuta anche ai numerosi tool di sviluppo

- disponibili

Ampia disponibilità di librerie, codici di esempio e documentazione

- Possibilità e facilità di riprogrammazione

- Grande flessibilità applicativa

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Il linguaggio di programmazione di Arduino è un linguaggio derivato dal linguaggio

C che contiene alcune dichiarazioni perfezionate per l’utilizzo su Arduino.

I programmi vengono scritti attraverso l’apposito IDE (“integrated development

environment” ovvero “ambiente di sviluppo integrato”) che permette di scrivere,

compilare e caricare il programma nella memoria di Arduino. L’IDE non permette

però il debug completo del programma, sta quindi al programmatore riuscire a

posizionare in modo corretto eventuali comandi per effettuare un debug

soddisfacente.

Tra le funzioni del linguaggio di Arduino le più usate sono quelle che riguardano la

comunicazione seriale, con le funzioni Serial.print (e simili come .write e .println)

per l’invio e Serial.read per la lettura, alle quali seguono quelle che riguardano

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l’interfaccia con i sensori e i dispositivi di input/output come Analog.Read() e