VECPA - Veicolo Elettrico Con Pilota Automatico

Filippo Piccinini, Gianluca Tassinari, Francesco Sbarzaglia

• Editore: Youcanprint
• Anno: 2021
• eBook ISBN: 9791220334563
• Argomento: Tecnologia e ingegneria
• Categoria: Ingegneria elettronica e telecomunicazioni

In questo testo viene descritto come sviluppare, utilizzando componenti elettronici economici e mattoncini LEGO, un veicolo in grado di spostarsi in maniera autonoma seguendo un percorso predefinito. Il percorso è formato da una semplice linea nera di nastro isolante posta su un piano bianco e il fenomeno fisico sfruttato per impostare la guida automatica è semplicemente la differente capacità di assorbimento e riflessione della luce da parte di un corpo di colore nero (la pista) e da parte di un corpo di colore bianco (il tavolo). In pratica, attraverso due semplici fotodiodi montati sulla parte anteriore del veicolo ed utilizzati per illuminare la pista, ed un microcontrollore PIC16F84, programmato in linguaggio Assembler per poter analizzare il segnale relativo al grado di riflessione della luce (captato da due transistors posti sempre nella parte anteriore del veicolo), abbiamo realizzato un veicolo in grado di spostarsi in modo autonomo senza nessuna necessità di controllo umano. Il progetto originale risale al 2004 ed anticipa quello che nei decenni seguenti abbiamo visto concretizzarsi in automobili con pilota automatico per utilizzo civile o sistemi industriali per lo svolgimento di operazioni di routine che prevedono la mobilitazione e lo spostamento di carichi. Questo elaborato nasce dalla revisione della relazione finale di un progetto pratico sviluppato nel lontano 2004 da Filippo Piccinini, Gianluca Tassinari, e Francesco Sbarzaglia, studenti faentini classe 1985 che hanno frequentato la classe 5° EA dell'Istituto Tecnico Industriale Statale (ITIS) "Luigi Bucci" (Faenza, Ravenna, Italia). Lo scopo principale di questo elaborato è il rendere eterno un brillante progetto che altrimenti rischierebbe di perdersi negli scaffali di qualche vecchia cantina adibita ad archivio scolastico. In particolare, questo elaborato è dedicato ai tanti bravi Professori degli istituti di istruzione secondaria che grazie al loro continuo impegno e motivazione accompagnano ogni giorno giovani menti nel proprio percorso formativo e contribuiscono in maniera positiva ad educare i futuri attori della società in cui viviamo. Infatti, come spesso accade, molte delle idee sviluppate nei banchi di scuola risultano poi precursori di brevetti e prototipi commerciali in grado di modificare il futuro della comunità, e questa era una di quelle…

 

CAPITOLO 1: INTRODUZIONE

 

Vediamo come sviluppare un prototipo di veicolo in grado di seguire in maniera completamente automatica senza nessun intervento esterno una linea nera su superficie chiara, ottenuta ad esempio con un nastro isolante applicato su il piano di un tavolo bianco. I circuiti elettronici progettati hanno il compito di decodificare il segnale rilevato dai sensori (i.e. dei comuni fotodiodi), in modo da attenuare o aumentare la velocità dei motori che comandano le ruote, permettendo così al prototipo di avanzare in corrispondenza della linea nera e di ritrovare in maniera automatica il percorso in caso di uscita di pista semplicemente bloccando una ruota ed aumentando la velocità della ruota opposta.

 

Fig. 1.1: Esempio di pista realizzata con nastro isolante nero su tavolo bianco.

 

CAPITOLO 2: COSTRUZIONE VEICOLO

 

Abbiamo scelto di costruire il telaio del veicolo con i mattoncini LEGO e come motori abbiamo utilizzato quelli della LEGO Technic. Grazie alla flessibilità dei mattoncini LEGO che permettono miriadi di soluzioni ad incastro non è stato difficile realizzare un veicolo in grado di ospitare i circuiti elettronici sviluppati e bloccare al telaio i sensori. Noi, abbiamo preparato un telaio di base che prevede due ruote motrici anteriori comandate da due differenti motori, due grandi piani base di appoggio per i circuiti, un asse posteriore con una ruota centrale utilizzata solo per dare un terzo punto di appoggio al veicolo e un interruttore per staccare ed attaccare l’alimentazione. La base di appoggio per i due sensori è stata progettata tramite l’utilizzo di una scheda “mille fori” che è stata fissata con una vite ad un pezzo della Lego Technic incastrato sotto alla parte anteriore del veicolo per poter essere il più vicino possibile alla pista. I futuri costruttori possono disegnare i loro propri modelli, o possono ispirarsi alle fotografie del presente elaborato per imitare il veicolo da noi proposto. In particolare, per mostrare il veicolo su cui abbiamo assemblato i vari circuiti elettronici e dispositivi riportiamo alcune fotografie:

 

Fig. 2.1: Fotografie del telaio realizzato.

 

Sul telaio abbiamo poi realizzato un sistema di riduzioni di giri per permettere alle ruote di girare più lentamente dell’albero motore che risultava troppo veloce per il nostro utilizzo. La funzione principale delle riduzioni è quella di ridurre la velocità di un motore aumentandone la coppia motrice. Per comprendere meglio ciò appena espresso analizziamo un semplice schematico:

 

Fig. 2.1: Riduttore di velocità.

 

La velocità v del punto di contatto al centro dei cerchi è la stessa su entrambe le ruote ed è data dalla formula:

 

v = w_a*r_a = w_b*r_b

 

dove r_a e w_a sono il raggio e la velocità angolare della ruota A ed dove r_b e w_b sono il raggio e la velocità angolare della ruota B. r_a è minore di r_b, perciò r_a/r_b risulta minore di 1 e siccome:

 

w_b= w_a*r_a/r_b

 

w_b risulta minore di w_a in maniera proporzionale al rapporto dei raggi.

 

Ponendo quindi che A sia una rondella attaccata al perno di un motore, questa essendo di raggio molto piccolo girerà circa alla velocità dell’albero motore. La rondella B essendo di raggio molto grande girerà invece molto più piano rispetto ad A. Per far compiere un giro completo a B, A dovrà effettuare più giri, quindi alla fine A girerà più velocemente e B più lentamente. Si può quindi dire che la velocità cambia (rallenta) grazie al raggio maggiore di B rispetto ad A.

 

Lo schema finale su cui si basa il nostro sistema di riduzioni è simile a quello rappresentato nella seguente figura:

 

Fig. 2.2: Cartoon di una parte del riduttore di velocità creato.

 

Fig. 2.3: Schematico reale del riduttore di velocità creato.

CAPITOLO 3: SOFTWARE PER PIC16F84A

Prima di passare alla vision...

Indice dei contenuti

• Cover
• Indice
• Frontespizio
• Prefazione
• Abstract
• CAP. 1: Introduzione
• CAP. 2: Costruzione veicolo
• CAP. 3: Software per PIC16F84A
• CAP. 4: Circuito comando sensori
• CAP. 5: Circuito comando PIC16F84A
• CAP. 6: Circuito comando motori
• CAP. 7: Circuito controllo alimentazione
• CAP. 8: Circuiti realizzati
• CAP. 9: Assemblaggio circuiti sul veicolo
• Conclusioni
• Referenze e link utili
• Ringraziamenti
• Autori