PCTO A.S. 2020 – 2021 – SumoBot – lezione 2

In questa lezione vedremo come collegare e controllare i servomotori a rotazione continua di SumoBot.
Fate riferimento allo schema di collegamento che segue, in cui i servomotori vengono connessi ai pin 4 e 5 della Sensor Shield per Arduino Uno Nano V3, come si nota a fianco di ogni pin è disponibile l’alimentazione, infatti troviamo sempre il positivo, indicato con la lettera V e il GND indicato con la lettera G. Come ribadito nella lezione 1 utilizziamo una Sensor Shield perchè permette rapidamente di realizzare tutti i collegamenti senza la necessità i dover ricorrere ad una breadboard oppure alla saldatura dei cavi.

Per questa lezione vengono indicati solo i collegamenti ai motori, non verranno collegati ne il sensore ad ultrasuoni e ne i sensori ad infrarossi.

Per quanto riguarda l’utilizzo dei servomotori a rotazione continua fare riferimento alla slide: Alfabeto di Arduino – Lezione 6, ma per completezza riporto di seguito la spiegazione adattandola all’utilizzo con SumoBot.

Il servomotore è costituito in genere da tre cavi connessi ad un connettore femmina con passo standard tra i fori di 2,54 mm quindi facilmente utilizzabile con qualsiasi strip che ne permette il collegamento ad esempio su una breadboard oppure ai pin maschio della Sensor Shield che utilizziamo per SumoBot.

I fili di connessione possono assumere colori diversi in funzione della marca del servo.

Pinout del servomotore

  • Filo ROSSO: +V
  • Filo NERO o MARRONE: GND
  • Filo BIANCO o ARANCIO o BIANCO o BLU: Segnale

Nel servomotori adottati per questa esperienza i fili di connessione sono:

  • Filo ROSSO: +V
  • Filo MARRONE: GND
  • Filo ARANCIO: Segnale

Collegamenti

Guardando SumoBot frontalmente, collegheremo il motore di destra al pin 4 e il motore di sinistra al pin 5.

Principio di funzionamento del servomotore a rotazione continua

Notoriamente i servomotori possono effettuare una rotazione che oscilla tipicamente da 0 a 180, esistono inoltre modelli che consentono una rotazione inferiore tra 0 e 120 gradi, questi tipi di servomotori possono essere modificati facendo in modo che possano effettuare una rotazione continua, ovvero tra 0 e 360 gradi, ma in commercio sono disponibili servomotori di diverse dimensioni che funzionano in questa modalità. Nel kit utilizzato per la realizzazione di SumoBot utilizziamo due servomotori FS90R.

Sul servomotore a rotazione continua possiamo controllare da programma il senso di rotazione e in modo non molto preciso anche la velocità.

Il funzionamento di un servomotore a rotazione continua è simile a quella di un motore in corrente continua con la differenza che non necessitano di appositi shield per poter funzionare.
Rispetto ad altri tipi di motori in CC offrono scelte limitate per il controllo della velocità e limitazioni di alimentazione.

L’alimentazione potrà avvenire direttamente Attraverso Arduino o mediante alimentazione esterna. L’alimentazione dei motori di SumoBot avverrà direttamente dalla scheda Arduino.

Caratteristiche tecniche

  • Velocità di funzionamento a 4,8V: 110RPM
  • Velocità di funzionamento a 6V: 130RPM
  • Coppia di stallo a 4,8V: 1.3kg.cm/18.09oz.in
  • Coppia di stallo a 6V: 1.5kg.cm/20.86oz.in
  • Tensione operativa: 4.8-6V
  • Sistema di controllo: Analogico
  • Angolo di rotazione: 360 gradi
  • Impulso richiesto: 900-2100us
  • Materiale ingranaggi: Plastica
  • Dimensioni: 2,32×1,25×2,2 cm
  • Peso: 9g

Programmazione

/*
 * Prof. Maffucci Michele
 * SumoRobot
 * Data: 26.01.2021
 * 
 * Sketch 01: rotazione oraria e antioraria continua
 * 
 * Note:
 *          Per l'orientamento del robot 
 *          guardare SumoBot anteriormente
 *       
 *          180: max velocità in senso antiorario
 *          90 : servomotori fermi
 *          0  : max velocità in senso orario
 *            
 */

// inclusione della libreria servo.h per il controllo dei servomotori
#include <Servo.h>

// Creazione oggetti servo
Servo motoreDX;  // Inizializzazione del servomotore destro
Servo motoreSX;  // Inizializzazione del servomotore sinistro

byte pinDx = 4;     // Inizializza del pin 4 a cui è connesso il pin segnale del servo destro
byte pinSx = 5;     // Inizializza del pin 5 a cui è connesso il pin segnale del servo sinistro
int  durata = 250;  // Durata movimento (orario/antiorario)
int  ferma = 3000;  // Durata dello stop

void setup() {

  // attach() consente di definire a quale pin viene connesso il servomotore
  // e lo collega all'oggetto che gestisce il servomotore
  
  motoreDX.attach(pinDx); // pinDx collegato al motore destro
  motoreSX.attach(pinSx); // pinSxcollega to al motore sinistro
}

void loop() {
  orarioRobot();     // Rotazione in senso orario del robot
  stopRobot();       // Stop rotazione per un tempo fissato (vedere variabile ferma)
  antiorarioRobot(); // Rotazione in senso antiorario del robot
  stopRobot();       // Stop rotazione per un tempo fissato (vedere variabile ferma)
}

// rotazione del robot in senso antiorario
void antiorarioRobot(void) {
  motoreDX.write(150);  // Rotazione oraria del motore DX
  motoreSX.write(150);  // Rotazione antioraria del motore SX
  delay(durata);        // durata: durata della rotazione
}

// rotazione del robot in senso orario
void orarioRobot(void) {
  motoreDX.write(30);    // Rotazione antioraria del motore DX
  motoreSX.write(30);    // Rotazione oraria del motore SX
  delay(durata);         // durata: durata della rotazione
}

// stop del robot
void stopRobot(void) {
  motoreDX.write(90);   // Ferma il motore DX
  motoreSX.write(90);   // Ferma il motore SX
  delay(ferma);         // Durata dello stop
}

Per quanto riguarda il controllo dei servomotori seguire la spiegazione inserita come commento all’interno del codice, ricordo comunque che per controllare i servomotori sono necessarie  4 operazioni:

  1. includere la libreria Servo.h
  2. creazione dell’oggetto Servo. motoreDx e motoreSx saranno i due oggetti su cui opererete
  3. assegnare un nome al pin di controllo del servomotore (filo arancione nello schema)
  4. indicare nel setup il metodo attach() che permette di legare gli oggetti motoreDx e motoreSx ai pin su Arduino nell’esempio 4 e 5 a cui abbiamo assegnato i nomi pinDx e pinSx.

All’interno del codice utilizziamo il metodo write() che per i servomotori a rotazione continua permette il passaggio, all’oggetto motoreDx e motoreSx, la direzione e la velocità di rotazione del motore:

  • passando il valore 0 gradi al metodo write() il servo ruota alla massima velocità in una direzione.
  • passando il valore 90 gradi al metodo write() poniamo il servo in stop (posizione “neutra”)
  • passando il valore 180 gradi al metodo write() il servo di ruotare in senso opposto alla massima velocità.

Nel codice che segue SumoBot ripeterà continuamente una rotazione oraria di 250 millisecondi, si fermerà per 3 secondi e riprenderà la rotazione in senso antiorario per 250 millisecondi.

Per effettuare questa operazione vengono definite 3 funzioni:

  • orarioRobot()
  • stopRobot()
  • antiorarioRobot()

Nel codice si può notare che nella funzione antiorarioRobot() viene passato al metodo write() non il valore 180 che farebbe ruotare il robot alla massima velocità, ma un valore inferiore, nel nostro caso 150, ciò ridurrà la velocità di rotazione.

In  modo analogo accade per la funzione orarioRobot() in cui invece di passare il valore 0 alla metodo write(), che lo farebbe ruotare alla massima velocità in senso orario, passiamo un valore maggiore, 30, che lo farà ruotare ad una velocità inferiore.

La fermata del robot avviene utilizzando la funzione stopRobot() in cui viene passato il valore 90 al metodo write(), ciò fermerà i motori.

Si noti che i motori potranno ruoteranno in un senso o in un altro, oppure potranno essere fermati non solo invocando il metodo write, ma bisognerà sempre inserire un delay() in cui viene specificato per quanto tempo il metodo deve agire.

Esercizio 01

Far compiere a SumoBot rotazioni continue di 90 gradi in senso orario inserendo un intervallo di 3 secondi ad ogni quarto di giro

Esercizio 02

Far compiere a SumoBot una rotazione continua di 360° con intervalli di 3 secondi ad ogni quarto di giro, raggiunti i 360° far cambiare il senso di rotazione ripetendo le fermate di 3 secondi ad ogni quarto di giro.

Esercizio 03

Individuare quanto tempo necessita per far effettuare una rotazione di 45° in senso orario a SumoBot e realizzare un programma che permetta di fare le seguenti operazioni:

  1. rotazione di 45° in senso orario
  2. fermate di 3 secondi
  3. rotazione in senso antiorario di 90°
  4. fermata

Buon Making a tutti 🙂

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