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Rocker-Bogie Rover

Rocker-bogie rover mentre supera degli ostacoli

Il "rocker-bogie rover", è un robot che trae ispirazione dai robot utilizzati per le missioni esplorative interplanetarie, come ad esempio il Sojourner.
La sua caratteristica principale è il sistema di sospensioni "rocker-bogie", sviluppato dalla JPL (Jet-Propulsion-Laboratory) Nasa per i propri rover esploratori. Questa particolare sospensione presenta, tra i vantaggi, la possibilità di oltrepassare ostacoli per oltre una volta e mezza il diametro della proprie ruote e, contemporaneamente, di mantenere sempre tutte le ruote a contatto con il terreno.
Il numero di ruote, nel mio caso, è pari a sei, ma c'è comunque la possibilità di avere anche configurazioni a 4 o 8 ruote.

Disegno 3d

disegno 3d - lato sospensione

Per prima cosa, è stato fondamentale disegnare i componenti a disposizione in 3d, quali i motori, le ruote e servocomandi. Questa operazione, seppur molto lunga, mi ha permesso di scegliere il miglior design da adottare, cioè quello che consentisse la migliore disposizione dei componenti. Senza questa elaborazione in 3d, sarebbe stato molto difficile trovare l'esatto punto di centraggio dell'attacco delle ruote ai servocomandi, cioè l'intersezione tra l'asse di rotazione del servocomando, l'asse della ruota e il punto centrale dello spessore della ruota, tale che la ruota potesse girare, intorno all'asse del servocomando, con il minor sforzo possibile.

Scelta dei Componenti

La scelta dei componenti è sicuramente una delle fasi più difficili durante la progettazione di un qualsiasi oggetto. Bisogna innanzitutto valutare le caratteristiche tecniche di ogni componente e decidere, in base a calcoli preliminari di massima, se è idoneo al progetto oppure no. Dopodiché si valuta il rapporto prezzo/prestazioni e la reperibilità del componente nel mercato. Il tutto va a scontrarsi con il budget che avete a disposizione o che si prevede di spendere.
Un altro fattore fondamentale sono le attrezzature che disponete in casa. Per lavori molto precisi servono attrezzature altrettanto precise e costose, dall'altro lato, non possiamo accontentarci di lavori troppo imprecisi.
Gli altri materiali, come le aste in alluminio, le profilati a forma di L in allumino e le viti m3 in acciaio, gli ho scelti secondo il criterio della migliore reperibilità in tempi brevi, cioè, li ho comprati in un negozio di bricolage.

Per quanto riguarda le ruote, i motori e i servocomandi, avevo già a disposizione un campione di ognuno di essi e date le loro caratteristiche ho deciso di adottarli per il rover e quindi procedere alla realizzazione in 3d al computer, mentre per la scelta dell'elettronica, ho rimandato la scelta poiché, per prima cosa, era necessario completare la parte meccanica delle sospensioni.

La Sospensione "Rocker-Bogie"

Prima realizzazione della parte destra della sospensione con le specifiche date dalla simulazione in 3d.

Una volta disegnato, si passa alla realizzazione pratica. Questa fase richiede molta pazienza ed attenzione. Il rischio di sbagliare è sempre alto. Purtroppo, essendo i pezzi realizzati a mano o con una fresatrice molto artigianale (la fresa in legno), molti di questi hanno necessitato un po' di "aggiustaggio" per il corretto montaggio.

I motori utilizzati sono dei "GM2 - 224:1" della "Solarbotics" da 46 rpm, coppia 4.1 kg*cm, a 6v.
Le ruote sono anch'esse della Solarbotics con innesto compatibile a quello dei motori e del diametro di 79mm.
I servocomandi sono dei "HS-422 Deluxe" della "Hitec" con una coppia 4.1 kg*cm, a 6v ed un peso di 45,5 gr.

Tutte le informazioni sono disponibili presso www.solarbotics.com e www.hitecrcd.com.

Le aste sono di alluminio con profilo quadrato cavo di lato 15mm e spessore 1-1,5mm. Le L in alluminio anch'esse di lato 15mm e spessore 1mm. Il supporto motore è fatto da una L di alluminio rifilata che partiva da una dimensione di 40mm di lato, spessore 1,5 e un'astina rettangolare 20*10mm e spessore 1-1,5mm.

La Parte Centrale

Il corpo del rover o la parte centrale (in costruzione).

Il corpo del rover o la parte centrale (quasi definitiva).

Per realizzare la parte centrale del robot, ho utilizzato l'involucro in lamierino di ferro di un vecchio lettore cd per computer, poiché le sue dimensioni sono praticamente coincidenti con i parametri di progetto. Come si può vedere dall'immagine successiva, l'intero corpo del rover è sostenuto dal rotismo differenziale con portatreno bloccato. In questa configurazione, l'involucro, sorretto dal differenziale, può ruotare verso l'alto, verso il basso o rimane fermo. Se il braccio principale della sospensione di destra si alza (abbassa), allora anche il corpo del rover ruota verso l'alto (il basso). La stessa cosa avviene con la sospensione sinistra. Se entrambe si muovono pari allora la parte centrale rimane ferma.

Il differenziale.

Sui lati del box, ci sono due supporti con cuscinetti radiali, i quali supportano e servono per l'aggancio dei perni delle sospensioni con il box.
Le batterie ricaricabili, di tipo AA, sono alloggiate rispettivamente in due pacchi da 4 batterie ciascuno. Il primo è disposto nella parte posteriore del contenitore, mentre l'altro nella parte anteriore, entrambi subito a ridosso del differenziale e posizionati in maniera tale da bilanciarsi a vicenda.
Lo spazio rimanente servirà per inserire l'elettronica di controllo dell'intero rover.

Elettronica di Controllo

L'elettronica di controllo consiste principalmente in tre schede:
- la scheda principale
- la scheda driver dei motori
- la scheda della ricevente in radiofrequenza

La scheda principale ha la funzione di calcolare tutti i valori di velocità e posizione delle ruote, in funzione della traiettoria da seguire. Verranno dunque calcolate le rotazioni dei servocomandi e le velocità di rotazione delle ruote. I componenti principali sono: il chip PicAxe 28x2, dove risiede il programma principale, e il chip PicAxe 08m2, utilizzato per il controllo della rotazione dei servocomandi.

La scheda driver dei motori, invece, serve per poter fornire ai motori la potenza richiesta senza danneggiare il microchip principale. E' costituita da tre chip L293D, i quali possono fornire una amperaggio continuo di 600mA per canale. Inoltre possono essere pilotati con il segnale PWM, proveniente dal microchip, per il controllo dinamico della velocità di rotazione.

La scheda della ricevente, infine, ha lo scopo di ricevere i segali di comando ed inviarli alla scheda principale. Il fatto di utilizzare una scheda apposita, fa si di pulire il segnale dati dal rumore di fondo della ricevente, e quindi inviare alla scheda madre solo la trasmissione dati corretta, senza interferenze.

Maggiori informazioni sui chip PicAxe disponibili presso www.picaxe.com.

Sono presenti anche due regolatori di tensione regolabili di tipo switching. Il primo fornisce i 5 volt per tutte le schede elettroniche di comando. Il secondo invece, alimenta solo i servocomandi.

Il Rover Completo e i primi test

Rocker-Bogie Rover, versione usata nel video - mobility tests.

Rocker-Bogie Rover, versione usata nel video - wireless drive.

Una volta completato il tutto, è iniziata la fase di test. Questa è servita principalmente per verificare il corretto comportamento dell'intero robot con la maggior parte dei componenti montati. Nella foto sopra e nel primo video, non era ancora stata implementata la ricevente, e dunque l'invio dei dati veniva eseguito attraverso la porta di programmazione.

Nel video "wireless drive" è presente anche la ricevente e il rover è ora telecomandato via radiofrequenza attraverso il "joystick" con due levette analogiche, una per la velocità e l'altra per la rotazione delle ruote.