Relazione Robot

Robot arm controllato da un pic


Introduzione:

In seguito ad un progetto riguardante gli studenti della classe 4AE siamo stati divisi in gruppi, i quali avrebbero dovuto rappresentare varie aziende, e si è cominciato a produrre qualcosa legato al campo dell‘elettronica. La Black Sheep Industries costituita da Marco De Lisi, Damiano Cozzari, Lorenzo Briziarelli, Riccardo Berellini, Daniele Cannoni e Lorenzo Rossi, ha deciso di proporvi un elementare sistema di controllo per un braccio meccanico denominato “Robot arm”; il suddetto braccio viene controllato da un pic16F876 il quale esegue un semplice programma presente all’interno di esso permettendo al braccio di muoversi “seguendo degli ordini”. A questo progetto hanno contribuito un po’ tutti i componenti della BSI ma in particolar modo il lavoro è stato sviluppato e portato a termine da Marco De Lisi e da Riccardo Berellini che hanno progettato i vari circuiti che permettono il funzionamento dei motori che costituiscono il braccio e hanno ideato il programma che è stato messo all’interno del microcontrollore. Con la presente relazione terremo a dimostrarvi tutto ciò che è presente in questo progetto dalla prima scheda fino al funzionamento dei vari componenti e le scelte progettuali.

Descrizione degli elementi del progetto:

Braccio:


Questo braccio è stato acquistato tramite internet dal sito www.bbtradesales.com ad un prezzo di circa 50€ (comprese s.s.) con un tempo di attesa di circa 5 giorni. L’oggetto, come da descrizione, si presenta in kit quindi bisogna montarlo seguendo le istruzioni (rigorosamente in inglese) ma è possibile farlo facilmente in circa 2 ore.
Principalmente questo oggetto viene utilizzato nelle scuole per entrare nel mondo della robotica; infatti si tratta di un braccio in grado si eseguire solo alcuni semplici movimenti ma permettono di capire le principali funzioni di questi oggetti. In commercio ne esistono di più costosi e complessi ma siccome la disponibilità economica e la conoscenza a riguardo era abbastanza scarsa, abbiamo deciso di scegliere questo come elemento con cui iniziare. Nella scatola è presente un filo comando che permette di far muovere il braccio ma, se si desidera, è presente un programma per pc che permette di collegare il braccio ad esso e di “scrivere un piccolo programma fatto di temporizzazioni in grado di far muovere il braccio quasi autonomamente. Quello che vogliamo realizzare con il pic è proprio quello che viene fatto con il programma aggiuntivo ma la differenza è che il pic è programmabile e non modificabile immediatamente mentre con il programma sul pc è possibile farlo. Il braccio è composto da 5 motori in dc che permettono di muovere il braccio; tramite il filo comando è possibile invertire il verso di rotazione dei motori facendogli compiere varie azioni.

Principali modifiche effettuate:

Innanzitutto si è pensato come alimentare i motori e si è optato per un alimentazione esterna, leggermente superiore rispetto a quella principale, ma che permette ai motori di non rovinarsi; per fare ciò abbiamo eliminato le 4 pile dimensione D (torce) e le abbiamo sostituite con una batteria LiPo (litio polimeri) in grado di erogare una tensione maggiore e una corrente molto maggiore (circa 15 Ampere).
Come seconda modifica abbiamo deciso di eliminare il filo comando e di sostituirlo con un pic che controllerà quasi autonomamente il braccio.

Schede di controllo:





Scheda relè:

In pieno assorbimenti si è misurato che i motori arrivano ad assorbire un corrente di circa 2,5 A e quindi si è pensato di usare una specie di interfaccia di potenza; il funzionamento dei relè, ovvero la polarizzazione della bobina, è controllata da dei transistor NPN che per scelta progettuale inizialmente avrebbero dovuto essere dei BC140 ma che poi sono stati sostituiti, in parte, da dei BC337 che verranno utilizzati dal pic come degli interruttori aperti o chiusi. I relè scelti per il progetto necessitano di una tensione per polarizzare la bobina di 12 Vdc, che dovrà essere fornita da un alimentatore esterno, e i loro contatti sono in grado si sopportare 250 Vac 8A e 10A (purtroppo non sono tutti uguali). Il passo successivo, per fare un progetto preciso, è stato misurare tutte le correnti delle varie bobine e si è deciso di prendere un valore medio di 50mA che compariva su tutte e con questo abbiamo progettato la resistenza per i transistor. Di seguito abbiamo calcolato le resistenze per i transistor senza le quali non funzionerebbero e il pic subirebbe dei danni; come protezione aggiuntiva per i transistor è stato messo un diodo a giunzione contro polarizzato in parallelo alla bobina del relè. A causa della doppia funzione dei motori abbiamo dovuto utilizzare 2 relè per ogni motore in grado di dargli le tensioni di +3Vdc e -3Vdc.

Scheda pic:

Questa scheda è composta da varie sezioni quali: pic, linee di uscita, controllo reset e inizio programma e alimentazione. Alla scheda è stato montato un 7805 che permette di alimentare il pic ad una tensione costante di 5 volt (funzionamento garantito rimanendo almeno 2 volt superiori a questa tensione) e di evitare che al pic arrivi una tensione sbagliata. La stessa tensione che esce del regolatore viene anche portata ai pulsanti di reset e start che permettono di far partire, fermare e resettare il programma in corso nel pic. Il pic scelto per questo progetto è un 16F876 molto utilizzato e facile da programmare; le porte A sono utilizzate come ingressi mentre le porte B e C sono utilizzate come uscite che controlleranno i relè. Al microcontrollore è stato aggiunto un oscillatore esterno da 8MHz (quarzo) e le uscite sono state collegate a dei morsetti che andranno poi collegate ai rispettivi transistor.

Programma pic:

Per far funzionare il braccio è stato scritto un programma da inserire all’interno del microcontrollore; ecco l’intero programma:










Il programma scritto è molto facile da capire tanto che è costituito da solo 3 istruzioni: attivazione di una porta, ritardo di spegnimento(delay_ms) e spegnimento della stessa porta. In questo modo il braccio viene controllato al fine di fargli eseguire delle determinate azioni. Il programma che è presente all’interno del pic è solo una piccola parte di quello che è stato pensato ma abbiamo dovuto restringerlo a causa della grande quantità di istruzioni che avrebbe dovuto eseguire sperando di non aver creato problemi che porterebbe al malfunzionamento del braccio.

Conclusioni:

Il progetto che abbiamo presentato e sviluppato, anche se in poco tempo, è andato a buon fine e speriamo che sia un buon inizio per qualcosa di più “serio”, ma finche non accresceremo ancora di più le nostre conoscenze è inutile tentare di imbattersi in progetti più grandi di noi.

Con la presente si ringrazia l’aiuto ricevuto da parte di tutti i professori e degli assistenti di laboratori che ci hanno dato una mano sia per gli strumenti che per i componenti, dedicandoci molta pazienza e tempo, e regalandoci aiuti e consigli.


Sempre un passo avanti noi della BSI !