Explò 1.0 dall'idea al progetto: la lista della spesa parte prima

Finalmente parliamo un po' di cose concrete: cosa deve fare il nostro robot?
Sostanzialmente deve avere 3 funzioni: muoversi lungo il perimetro di un ambiente, conoscere la posizione in cui si trova e trasmettere le informazioni ad un computer per l'analisi dei dati.
Perfetto, sappiamo cosa deve fare, dobbiamo decidere come lo farà e quindi con cosa lo farà. Per cominciare cerchiamo di stendere una lista dei componenti principali, così possiamo immaginare fisicamente il robot e disegnarlo, per il funzionamento dei vari componenti rimandiamo ai prossimi post. Tagliamo corto e analizziamo subito una funzione per volta.

MUOVERSI LUNGO IL PERIMETRO DI UN AMBIENTE

Cominciamo col farlo muovere. Explò è pensato per muoversi in interni con pavimenti regolari e senza particolari asperità, quindi abbiamo puntato sul classico robot a due ruote motrici indipendenti, con un ball caster (cioè una sfera metallica libera di ruotare all'interno di una struttura di plastica che funge da supporto) come terzo punto di appoggio: semplice, funzionale e compatto. Per le due ruote abbiamo deciso di sporcarci un po' le mani e costruirle da noi per abbassare i costi: le ruote che si trovano in commercio costano 10 euro la coppia e anche di più; noi invece usiamo due dischi di compensato con una striscia di gomma come battistrada per aumentarne la presa, dobbiamo ancora testarle, ma dovrebbero funzionare a dovere. La scelta dei motori è stata un poco più complicata: l'unica opzione possibile sembrava usare una coppia di motoriduttori (che è comunque un'ottima scelta nel caso siano richieste in futuro prestazioni migliori); però cercando in rete abbiamo trovato la soluzione che pare essere perfetta per questo progetto: due microservo modificati per rotazione continua, con cui riduciamo il peso e le dimensioni rispetto ai motoriduttori, e in più tagliamo un po' anche i costi, che non guasta mai. Ovviamente anche i servo hanno degli svantaggi: c'è bisogno di un minimo di lavoro aggiuntivo per la modifica (che verrà spiegata passo passo più in là) e le prestazioni sono inferiori, ma per fortuna non stiamo costruendo un robot da corsa, quindi ci facciamo bastare questi.

Adesso la parte più difficile, fargli seguire il perimetro dell'ambiente. Per farlo ha bisogno di qualche sensore per capire la sua posizione rispetto alle pareti della stanza in cui si muove, per consentirgli di muoversi rasente un muro senza sbattere dappertutto: in pratica ha bisogno di un sensore di prossimità (attenzione, non di distanza, poi vedremo la differenza). Come suggerisce Wikipedia ci sono diversi tipi di sensori di prossimità, ma i più usati in questo campo sono di due tipi: ottici e ad ultrasuoni. Quelli ad ultrasuoni sono forse i più affidabili e i più potenti; però tutto ciò si paga ("PING)))", il più famoso e diffuso sonar per la robotica lowcost costa sui 30 euro). Il problema è che il nostro è un progetto ultralowcost, quindi non potevamo che optare per un sensore a raggi infrarossi, che consiste semplicemente in due led IR affiancati (qualche decina di centesimi l'uno). Nonostante il costo irrisorio, per il nostro progetto sono ottimi e, visti i risultati dei primi test, non creeranno problemi di accuratezza se usati correttamente.

CONOSCERE LA POSIZIONE IN CUI SI TROVA

Per fare ciò useremo la tecnica dell'odometria, che consiste nello 
stimare la posizione di un veicolo su ruote nello spazio calcolando la distanza percorsa e la direzione dello spostamento rispetto un punto di origine noto. L'odometria viene utilizzata anche in campo industriale per veicoli con moto autonomo di altissima tecnologia, utilizzando sensori costosi e con precisioni incredibili; ma nel nostro caso il piccolo Explò si limiterà a calcolare i numeri di giri che compiono ciascuna delle due ruote utilizzando dei sensori chiamati encoder ottici. Anche sugli encoder c'è parecchio da dire, quindi ci sarà un post dedicato, per la nostra lista della spesa ciò che serve sapere è che sarà composto da un paio di led IR.

TRASMETTERE LE INFORMAZIONI

Per ora ci limiteremo a distanze piccole tra robot e computer (dell'ordine di qualche metro) quindi la comunicazione avviene tramite connessione Bluetooth: la sola cosa da aggiungere alla nostra lista della spesa è un modulo bluetooth-seriale, con il quale è possibile creare una sorta di connessione via cavo usb tra Explò e il pc, però senza cavo usb. E' molto semplice da gestire ed il tutto ad un costo molto ridotto rispetto a connessioni di altro tipo (un modulo BT viene sui 5 euro se preso dalla Cina).

Ricapitolando, la prima parte della lista della spesa per costruire Explò è composta da:

1    ball caster 

2    microservo 

10  led IR (infrarossi): 3 coppie per i sensori di prossimità (fronte, destra e sinistra) e 2 coppie per gli encoder ottici 

1    modulo bluetooth-seriale

compensato e strisce di gomma per le ruote q.b. 

Questa lista riassume i componenti principali del robot, ovvero quelli che svolgeranno in pratica i compiti di Explò. Ciò che manca sono i componenti elettronici per alimentare e far funzionare a dovere tutti i pezzi appena elencati ed il telaio per reggere e tenere tutto assieme: questi due aspetti verranno trattati in altri articoli, a cominciare dal prossimo post dove parleremo della struttura fisica del robot e del disegno 3D dell'assieme.

Alla prossima da io e ancheio.