Finalità

Questo progetto è nato nel 1995 a scopo principalmente didattico ed è terminato nel dicembre 1998.

Il progetto Progress consiste in un minirobot capace di muoversi in maniera autonoma in un ambiente sconosciuto.
Oltre ad evitare gli ostacoli, Progress è in grado di rilevare la presenza di fonti sonore, luminose, e gassose.

Progress ha partecipato a 11 competizioni di minirobot organizzate dal laboratorio di robotica Arts Lab della Scuola Superiore di Studi Universitari e di Perfezionamento S.Anna (Pisa), dall' Istituto Professionale Fascetti (Pisa) e dal Comitato Olimpico Nazionale Italiano (C.O.N.I.).

Minirobot Progress - disposizione sensori e parti principali

 Meccanica

Progress si muove su 3 ruote: 2 motrici, indipendenti l'una dall'altra, ed una d'appoggio.
Ogni ruota motrice è collegata ad un motore elettrico, funzionante in corrente continua, tramite un riduttore di giri a ruote dentate. Ogni perno ruota su cuscinetti a sfera e/o bronzine che impediscono l'usura delle parti meccaniche a causa dell'attrito.
Due encoder ottici a 100 impulsi a giro solidali con le ruote motrici sono utilizzati per la rilevazione della velocità e dello spazio percorso dalle stesse. Il tutto è montato su una piastra in alluminio di 4 mm di spessore.
Il corpo del minirobot è costituito dalle stesse schede elettroniche in modo da ridurne il peso e le dimensioni.

Peso, batterie comprese : 3,5 Kg
Dimensioni : base praticamente circolare (poligono a 12 lati) di diametro medio uguale a 18,5 cm; altezza 21 cm.

 Elettronica / Sensoristica

3 microprocessori 65C02 funzionanti con un clock a 2 Mhz costituiscono il cervello del sistema.
I microprocessori sono collegati fra loro tramite una rete di trasmissione dati seriale con struttura a stella la quale può essere costituita da un massimo di 5 microprocessori (4 + 1 utilizzato anche come nodo).
Ogni scheda a microprocessore ha a disposizione 32 linee di input/output, 4 timer a 16 bit, 2 linee di trasmissione dati seriali, 32 Kbyte di memoria RAM, 32 Kbyte di memoria EPROM.

10 coppie di sensori ad ultrasuoni (ricevitore e trasmettitore), funzionanti ad una frequenza di 40 KHz, costituiscono l'apparato di rilevazione ostacoli. La portata massima di rilevazione è limitata via software a circa 20 cm dal minirobot. La rilevazione viene effettuata trasmettendo un impulso ad ultrasuoni che, in caso di presenza di un ostacolo, rimbalza su di esso producendo un eco che torna al punto di partenza. Calcolando il tempo che l'onda ad ultrasuoni impiega a percorrere lo spazio che si trova tra il minirobot e l'ostacolo si riesce a risalire alla distanza dall'ostacolo stesso con una precisione nell'ordine dei millimetri (precisione che si è rivelata più che sufficiente per una applicazione di questo tipo).

5 fotoresistenze sono utilizzate per la rilevazione di fonti luminose poste ad una altezza di 10 cm dal piano d'appoggio.

2 capsule microfoniche ai lati del robot rilevano i suoni circostanti e, grazie ad un filtro, vengono esclusi tutti i suoni ambientali e quelli provenienti dal minirobot stesso in modo da isolare solo quelli provenienti dalle fonti sonore. Il raffronto fra le ampiezze dei segnali puliti rilevati ai lati del robot, permette nella maggior parte dei casi di discriminare la direzione di provenienza del suono.

1 sensore di gas collocato al di sotto del minirobot ad una distanza di 5 mm dal piano di gara è impiegato per la rilevazione delle fonti di vapori di alcool.

Tutta la parte elettronica ed i motori sono alimentati con due batterie a 12V 1,2 Ah che permettono una autonomia di circa 25 minuti.

 Software

Il linguaggio di programmazione utilizzato per sviluppare il software è l'Assembler 6502. Il Software viene sviluppato e compilato con un elaboratore Apple IIe e quindi trasmesso ai micro del minirobot collegando l'Apple IIe alla rete interna del robot. Il Software di comunicazione è strutturato in modo che tutti i microprocessori possano contemporaneamente trasmettere e/o ricevere dati.

Il software è suddiviso in 3 algoritmi principali:
- gestione motori;
- gestione sensori;
- strategia.
Ogni algoritmo, viene eseguito da un microprocessore dedicato alla stessa funzione.

Il passaggio dei dati tra un micro e l'altro avviene tramite macrocomandi. (ad es.: ruota a dx di 90 gradi; ostacolo presente in direzione x; localizzata fonte y in direzione x, ecc.)
Progress, come strategia principale di esplorazione, segue il bordo degli ostacoli senza eseguire una mappatura dell'ambiente in cui si trova.
Controlli incrociati con la strategia, permettono di evitare i casi di dead-lock (cioè di blocco del minirobot con continua ripetizione degli stessi movimenti a causa delle condizioni del campo di gara) e/o di inseguimento all'infinito di uno ostacolo isolato.

 Considerazioni

• Affidabilità:
  Durante le competizioni il minirobot è risultato affidabile sia dal punto di vista meccanico che elettronico dato che non ha riportato guasti di alcun genere ad esclusione di una competizione dove una batteria ha ceduto improvvisamente causa suo problema interno.
  Anche per quanto riguarda il software, non si riscontrano problemi di affidabilità.

• Regolazioni:
  Le regolazioni e le tarature dei sensori non si sono rivelate critiche grazie anche al fatto che il sistema, in parte, è in grado di autoregolarsi.
  In particolare, non ha bisogno di alcuna regolazione esterna sia per quanto riguarda la rilevazione delle fonti di luce sia per le fonti di gas.
  Non si è riusciti ad affinare il sistema di autoregolazione del circuito di rilevazione delle fonti sonore che è ora soggetto a regolazione integrata manuale e software.

• Sensoristica:
  I sensori utilizzati per la rilevazione delle fonti, sono risultati adatti allo scopo.
  5 fotoresistenze utilizzate per la rilevazione delle fonti di luce, sono comunque risultate eccessive anche se questo non ha comportato nessun tipo di problema.
  Le dimensioni del robot (18,5 cm in larghezza) e gli ostacoli particolarmente lisci e con spigoli non arrotondati, hanno obbligato all' installazione di un alto numero di sensori ad ultrasuoni (10); questo ha rallentato il sistema di rilevazione degli ostacoli obbligando di conseguenza il minirobot a procedere ad una velocità ridotta rispetto alle sue reali possibilità meccaniche.

• Strategia:
  La strategia scelta, ha permesso in piu' occasioni al minirobot di effettuare l'esplorazione del campo di gara pressochè completa.
  Non si sono mai verificati casi di dead-lock.