Freenove 4WD Car
Si tratta di un WMR (Wheeled Mobile Robot) con dimensioni di ca. 25cmx15cm.
Il kit di assemblaggio di base è composto da:
- 4 ruote motorizzate (DC – 5V cad.) non sterzanti che prese a coppie (ruote di destra/ruote di sinistra) si comportano come fossero le ruote di un cingolato muovendosi alla stessa velocità;
- Sensore a ultrasuoni: è un emettitore e un ricevitore di impulsi. Il sensore emette gli ultrasuoni che rimbalzano su possibili ostacoli o superfici e tornano al mittente che li riceve. Il tempo di invio e ritorno dell’onda servono al calcolo della distanza. Il sensore di per sé non compie calcoli, si limita a trasmettere gli impulsi ricevuti, i quali sono poi elaborati attraverso l’uso di specifici software;
- Sensore di linea con 3 fotodiodi che permettono di rilevare la differenza cromatica su superfici in bianco e nero e di muoversi su un percorso segnalato;
- 2 schede sovrapposte: una (Car shield) gestisce la distribuzione di corrente ai vari componenti e lo scambio di informazioni; la seconda (Control board) elabora le informazioni.
L’uso di un WMR di questo tipo è particolarmente adatto alla didattica e a fornire un’introduzione all’ingegneria dei sistemi nonché, in senso un po’ più ampio, alla robotica. Infatti, è stato inizialmente destinato agli studenti che hanno partecipato alla Summer School del progetto SysE2021 tenutasi a settembre 2021, i quali hanno assemblato il mini-veicolo e ne hanno settato i parametri per affrontare tre divere prove di movimento. In seguito, i dottorandi dell’Industrial Automation Lab del DIBRIS (UniGe) ne hanno fatto oggetto di studio e di ricerca, utilizzandolo nella simulazione su scala ridotta.
Per la Summer School SysE21 e il successivo uso in laboratorio si è reso necessario apportare delle modifiche:
- Si passa da un sensore frontale a ultrasuoni a un sensore laser. Perché questa modifica? Un sensore laser ha una maggiore precisione e non rileva un’unica misura, bensì una matrice di misure: 4x4 o 8x8 rispettivamente 16 e 64 misurazioni. È simile ai sensori già in uso sulle automobili;
- Sostituita la scheda “Control Board” per passare da un microprocessore come Arduino a un microcontrollore programmabile attraverso linguaggio C o attraverso Simulink, a nostro parere più didattico ai fini del corso di laurea. Questo elemento è stato modificato già in occasione della Summer School in modo da coinvolgere maggiormente gli studenti nella programmazione del controllo. Per i test in laboratorio questa scheda è stata sostituita nuovamente permettendo attraverso la programmazione in C di migliorare le prestazioni e il monitoraggio del WMR, risolvendo anche alcune limitazioni dovute al numero di sensori gestibili e la frequenza nell’eseguire le operazioni richieste. Grazie all’installazione di questa nuova scheda è stato possibile anche l’aggiunta appunto di un nuovo sensore Wi-Fi per la ricezione e trasmissione dei dati da un access point. Ovviamente, la gestione risulta più complicata: non essendoci un sistema operativo questo aspetto è completamente affidato alle capacità della componente umana. Il vantaggio si traduce in una maggiore flessibilità;
- Encoder per le ruote posteriori (anche questo elemento è stato aggiunto in occasione della Summer School) Che cos’è e a cosa serve? Si tratta di un componente elettromeccanico in grado di rilevare spostamenti e velocità di spostamento. In questo caso l’encoder è assemblato a una rotellina forata che a sua volta è fissata alla ruota. L’encoder “conta” i fori durante la rotazione. Le informazioni raccolte possono poi essere elaborate per determinare la distanza percorsa (in base al numero di rotazioni compiute e al diametro della rotellina) e la velocità di percorrenza (al calcolo si aggiunge anche il numero di forellini contati in un determinato lasso di tempo);
- Modulo Wi-Fi: permette di comunicare con il WMR; inviare e ricevere dati tramite uso di PC o telefono cellulare;
- Fasciatura dei cavi con un involucro di alluminio e nastro isolante per ridurre le interferenze tra sensore e motori.