"La piattaforma National Instruments è stata utile, oltre alla fase di progettazione e sviluppo, anche nelle fasi di test di RoboTRACK, permettendo l'acquisizione in tempo reale di tutti i parametri meccanici."
- F. D'Aniello, ROBOTRONIX
The Challenge: Riuscire a realizzare una piattaforma unmanned completamente integrata, basata su piattaforme COTS e in grado di integrarsi con i moderni sistemi di controllo missione e gestione di sciami.
The Solution: È stata realizzata una piattaforma elettronica in grado di supportare differenti tipologie di veicoli (terrestri, aerei e marini).
L’hardware di acquisizione e controllo è basato su piattaforma COTS NI Single-Board RIO al fine di poter contenere i pesi e controllare con un'unica elettronica le differenti tipologie di sensori e trasduttori utilizzati da ciascun veicolo.
L’impiego della piattaforma NI LabVIEW ci ha permesso di ridurre i tempi di sviluppo poiché con un solo software abbiamo sviluppato le sezioni di acquisizione, controllo ed FPGA.
Negli ultimi anni, sia negli ambienti militari che civili, si sta sviluppando la necessità di assegnare dei compiti ben precisi a elementi non controllati da uomini.
Si sta quindi passando da applicazioni del tipo “Remote Controlled” dove gruppi di uomini controllano gruppi di veicoli in rapporto uno a uno, ad applicazioni del tipo “Mission Based” dove gruppi di uomini schedulano la missione che viene assegnata a sciami di robot autonomi.
Si nota immediatamente che nelle applicazioni “Mission Based” devono essere utilizzate differenti metodologie di controllo volte alla cooperazione tra i vari robot e orientate a una logica di scambio delle informazioni del tipo Publisher-Subscriber in cui nessun elemento dello sciame sia mai definibile come “Collettore di dati”.
La rappresentazione di uno scenario di missione può essere quello visibile nella Figura 1 (Mission Snapshot).
La scelta di realizzare ERUPT® (Embedded RobotroniX Unmanned PlaTform) è nata in seguito alle richieste di diversi clienti che avevano la necessità di “pattugliare” ambienti diversi (civili e militari) ma in una modalità comune.
Nascono quindi le piattaforme Robo-TRACK (Veicolo UGV), RoboQUAD-RO (Veicolo UAV quadrirotore), RoboVESSEL (Veicolo USV navale/anfibio), che sono basate sulla stessa piattaforma di controllo RoboCORE in grado di cooperare con le altre piattaforme presenti.
L’idea stessa di ERUPT sintetizza l’impegno di RobotroniX nell’applicazione dell’ingegneria di sistema (System Engineering) a un progetto complesso come quello di un veicolo autonomo e della relativa stazione di controllo.
ERUPT nasce fondendo le consuete tecniche di progettazione con il requisito del Design to Cost al fine di ottimizzare i costi del prodotto partendo fin dalle origini del progetto. La particolarità è aver raggruppato una famiglia eterogenea di prodotti sotto un’unica “Specifica di Progetto”.
La definizione dei requisiti dei suddetti sistemi e l’analisi attenta delle possibili aree di sovrapposizione tra essi ha portato alla definizione di:
un unico controllore
un unico algoritmo di gestione della missione
un unico sistema di comunicazione
un unico sistema di immagazzinamento dati
un unico algoritmo di anticollisione.
L'utilizzo della piattaforma di sviluppo messa a disposizione da National Instruments ha permesso di ottimizzare i tempi di sviluppo in quanto, con un'unica piattaforma, è stato possibile implementare degli algoritmi di controllo paralleli (fino a 24 PID paralleli) e dei differenti protocolli di comunicazione con i sensori e con gli attuatori direttamente su FPGA, degli algoritmi anticollisione direttamente sull'hardware real-time e della comunicazione tra Veicolo e Base Station.
L'utilizzo delle piattaforme Multisim e Ultiboard ha permesso lo sviluppo dell'elettronica di condizionamento montata su Single-Board RIO (che rappresenta il cuore del RoboCORE) e, grazie all'interfacciamento con la piattaforma SolidWorks (Figura 2-Telaio RoboQUAD-RO), è stato possibile verificare la coerenza delle strategie di controllo.
La piattaforma National Instruments è stata utile, oltre alla fase di progettazione e sviluppo, anche nelle fasi di test di RoboTRACK (visibile in Figura 2), permettendo l'acquisizione in tempo reale di tutti i parametri meccanici (accelerazioni, deformazioni, temperature e pressioni).
La piattaforma è in continuo sviluppo, non tutti i droni sono stati completati, e l'avanzamento del progetto è visibile sul sito www.eruptplatform.com
National Instruments provides a graphical system design platform for test, control, and embedded design applications that is transforming the way engineers and scientists design, prototype, and deploy systems.
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