Robot - Teoria e tecnica
Robot - Teoria e tecnica - Particolare di Pro Fausto 1999 di Riccardo Francavilla, quadricromia su carta - © 1999-2020 Areafranca.com

Robot, teoria e tecnica
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Robot, dal polacco Robota, che vuol dire lavoro

Le tre leggi della Robotica,
di Isaac Asimov, da Io, Robot, Mondadori

1 Un robot non può recar danno a un essere umano né può permettere che, a causa del proprio mancato intervento, un essere umano riceva danno.
2 Un robot deve obbedire agli ordini, impartiti dagli esseri umani, purché tali ordini non contravvengano alla Prima Legge.
3 Un robot deve proteggere la propria esistenza, purché questa autodifesa non contrasti con la Prima e con la Seconda Legge.

Manuale di Robotica - 56a Edizione - 2058 d.C.

La robotica è una disciplina che implica la conoscenza di più materie: l'elettronica, la meccanica, il software, il design e, soprattutto, molta fantasia... Costruire un robot è possibile, anche come hobby casalingo. Si può partire da una struttura già pronta per i propri esperimenti, da un kit più o meno complicato (e costoso), da una confezione di Lego Robotic Inventions (anche questa piuttosto costosa), acquistare un Basic Stamp già pronto da usare, acquistare un robot già costruito su Internet, ecc. Naturalmente, la parte più entusiasmante è costruirselo... Anche nell'autocostruzione si possono seguire più strade: quella che sto seguendo io al momento consiste nel realizzare una serie di schede pilotate dal microprocessore PIC16F84 della Microchip (effettivamente da più processori PIC16F84). La struttura del PIC16F84 è piuttosto semplice e l'intero ambiente di sviluppo è scaricabile gratutitamente dal sito della Microchip. L'ambiente include anche un compilatore assembler e tutto l'occorrente per scrivere il software. Io, che notoriamente non sopporto l'assembler, uso il Basic della MicroEngineering, precisamente il PICBASIC Pro. Il PIC16F84, come tutti gli altri microprocessori della Microchip, avendo una memoria di tipo flash ha il grosso vantaggio di poter essere programmato con un semplice programmatore seriale o parallelo (su Internet se ne trovano a decine). Io attualmente uso un semplicissimo Ludipipo seriale, ma ce ne sono per tutti i gusti e tutte le tasche. Il PIC ha 1k di RAM e 13 pin a disposizione dell'utente. Collegarlo alla porta seriale di un PC è un gioco da ragazzi: bastano 3 fili, TX RX e ground (la massa) collegati a 2 pin sul PIC e un paio di resistenze per poter colloquiare con qualsiasi PC.

I robot che sto costruendo sono 2:
1 - GOVINDA
E' un robot autonomo, ovvero in grado di effettuare delle scelte in base all'input che riceve dall'esterno. Volendo può anche essere controllato da un PC tramite la solita porta seriale o con un telecomando ad infrarossi. Dispone di 2 motori per la trasmissione, 1 sonar per la rilevazione ambientale, 2 sensori infrarosso per la rilevazione di movimento, 1 braccio meccanico con 6 servomotori per l'interazione con l'esterno, 1 telecamera a colori CMOS (3x3 cm! compresa l'elettronica) per la visualizzazione ed il controllo, 4 fotoresistenze per seguire una linea sul pavimento o per governare la luce, una serie di sensori per determinare eventuali urti o contatti, un display a cristalli liquidi da 20 caratteri per 2 linee per gestire l'output e (sicuramente) il debug.
Dispone di un PIC16F628 e di 4 PIC16F84 collegati fra loro. Il primo PIC, il Gestore, si preoccupa di far girare il programma principale, il secondo PIC, il Gestore Comandi, smista i comandi ricevuti dal Gestore al PIC giusto. Gli altri 3 PIC sono quelli che governano le periferiche: il Gestore Servi controlla i servo motori, il Gestore Motori controlla i motori, il Gestore Sensori controlla i sensori (ovviamente...). In questa maniera sono in grado di gestire una cinquantina di pin, con un costo piuttosto basso (il prezzo di un PIC varia dai 5 ai 10 €).
Ecco alcune foto. Per gli schemi, c'è tempo...

Il mio "laboratorio"...

 

Govinda - Prototipo Govinda - Prototipo

Govinda - Prototipo

2 - SIDDHARTA

Siddharta è un robot di tipo completamente diverso, anche se attualmente è solo sulla carta. I requisiti del progetto sono:
1 - Controllo a distanza con radiocomando fino a circa 1 Km
2 - Telecamera a colori con dispositivo di pan & tilt (brandeggio, in italiano) (vedi qui, per esempio)
3 - Trasmissione a distanza delle immagini video, per poter effettuare il controllo
4 - Possibilità di scattare foto (anche con download in tempi successivi)
4 - Controllo da qualsiasi parte del mondo via cellulare (per il momento senza immagini video)
5 - Possibilità di passare al controllo autonomo da parte del robot
6 - Trazione a due motori con rotazione differenziale
7 - Possibilità di trasportare fino a 40/50 Kg di peso
8 - Ricevitore GPS per l'esatta localizzazione
9 - OSD sulle immagini video con posizione e dati GPS, più eventuale telemetria (vedi qui, per esempio)
10 - Possibilità di montare una seconda telecamera ad infrarosso per la visione notturna.

Chiaramente, dei requisiti di questo tipo necessitano di un approccio di progettazione diverso.
Attualmente dispongo di:
1 - Un radiocomando FUTABA T6EXA a 6 canali (2 canali per il controllo motori, 1 per switchare da una telecamera all'altra, 2 per il brandeggio della telecamera, 1 per l'attuatore della macchina fotografica)
Non è comunque complicato gestire più di 6 attuatori anche con 6 canali
2 - Sto costruendo il brandeggio della telecamera con 2 servo motori
3 - Ho ben chiaro dove procurarmi una telecamerina a colori ed un trasmettitore video da almeno 1W
4 - Non ho difficoltà a procurarmi una batteria da macchina da una quarantina di Ah
5 - Non riesco ancora a trovare i motori che dico io (o perlomeno, non al prezzo che dico io...).
6 - Mi servirà un driver per il controllo motori che accetti l'input sia da un microcontrollore, sia dal ricevitore
7 - Cosa importantissima, la struttura... Sto tuttora pensando!
Seguiranno notizie e foto presto...

Link utili di robotica

Circuiti e software di gestione

Tanzilli Con un ottimo corso di programmazione PIC

Robotroom di David Cook, autore di Robot Building for beginners. Con utilissimi circuiti di esempio, tra cui un ottimo H-Bridge (quello che uso anche io...)

Lynxmotion Con tutta una serie di robot ed accessori acquistabili (un po' caro...)

Acroname Articoli tecnici molto interessanti, per approfondire la materia


Dontronics Uno dei più famosi siti di elettronica del web, gestito da uno dei più famosi personaggi dell'ambiente...

Rentron La patria dei programmatori PIC BASIC, con inoltre un ottimo decoder infrarosso su circuito integrato (abbastanza economico, ma per spedire un pacco dagli Stati Uniti vogliono $46!!!)

Robot italy Consigliato per i vostri acquisti on-line vista la notevole quantità di materiale disponibile e i prezzi abbastanza onesti.

Alberto Ricci Bitti Un sito premiato con molte idee interessanti...

Assembler Microchip (35 istruzioni)

Basic della MicroEngineering (PICBASIC, PICBASIC Pro)

Circuiti H-Bridge (gestione motori DC)
Circuiti di pilotaggio motori passo passo

Motori passo-passo
Motori DC
Circuiti di pilotaggio servo motori
Come modificare un servo motore
Circuiti di rilevamento infrarosso
Circuiti di rilevamento Sonar
Come costruirsi delle ruote hi-tech quasi gratis
Come controllare un robot dalla seriale di un PC
Come controllare una microtelecamera
Come trasmettere le immagini della microtelecamera
Come ricevere le immagini della microtelecamera
Come interconnettere più PIC fra loro

Bibliografia

Bibliografia
Io Robot, di Isac Asimov, Mondadori, Milano, 1973 [1963], Oscar n. 434
Robot building for beginners, di David Cook, APress, 2002

Intermediate robot building, di David Cook, APress, 2004
Elettronica, E. Cuniberti, L. De Lucchi, Petrini Editore
Elettronica digitale, Noel M. Morris, Hoepli
Amplificatori operazionali, A. Franchi, B. Spataro

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