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Il Perche’

Con questo esperimento si vuole realizzare un pendolo di Furuta, che e’ un particolare tipo di pendolo inverso, presente in molti laboratori di automatica. La scelta di questo progetto si puo’ attribuire alle caratteristiche proprie del pendolo, che unisce un comportanento intuitivo alla necessita’ di un controllo non banale. Risulta chiara allora la sua scelta per testare le potenzialita’ dell’ NXT.

Struttura

La struttura cerca di ricreare quella dei reali pendoli presenti nei laboratori di controlli automatici:

 

Si riconoscono alcuni componenti principali:

  • Colonna centrale (ancorata alla base)
  • Braccio orizzontale (Libera di ruotore attorno alla colonna centrale)
  • Pendolo (libero di ruotare attorno al braccio orizzontale
  • NXT (centrato sull’asse di rotazione per diminuirne l’effetto dell’inerzia di rotazione)
  • Sensore (montato sul braccio, crea un legame tra la propria uscita e l’angolo di inclinazione del pendolo)
  • Motori (accoppiati tramite un sistema di ruote dentate per aumentarne la velocita’)

La struttura e’ in grado di:

 

 

  • far ruotare il braccio attorno alla colonna centrale, lungo il piano orizzontale.
  • far ruotare il pendolo attorno al braccio, lungo il piano verticale.

 

Sensori

Sono stati utilizzati due tipi di sensori:

  • Rotazione – appartenente al modello precedente dell’NXT, l’RCX. Offre una scarsa sensibilita’ (circa 22 gradi) ed e’ influenzato dalla velocita’ di rotazione (velocita’ max 500 giri/min circa). Sfruttando un moltiplicatore di giri, e’ possibile aumentare il numero di giri entranti nel trasduttor, e migliorare la sensibilita’.

 

  • Luce – in dotazione con il kit base NXT, mostra una sensibilita’ elevata, ma e’ allo stesso tempo molto influenzato dai disturbi luminosi esterni. Per diminuire l’effetto di tali disturbi, e’ stato prima linearizzato il moto rotazionale del pendolo (attraverso un accoppiamento ruota dentata-cremagliera (particolare A)) e poi inserito delli specchi sulla cremegliera (particolare B) per aumentare la lettura da parte del sensore.

Problematiche e nuova struttura

L’esperimento presenta notoveli difficolta’, dovutenon tanto all’algoritmo di controllo, ma bensi’ alla struttura meccanica stessa. Tutto il sistema non risulta stabile: sia i componenti LEGO che le varie giunzioni, risultano flessibili ed elastici. L’intera struttura risente sensibilmente di tale fenomeno, oscillando vistosamente dureante il funzionamento.

Si puo’ pensare allora di creare una nuova configurazione del pendolo, che migliori le varie caratteristiche meccaniche.

 

Questa nuova configurazione elimina la flessione del braccio, irrigidendo la struttura. Il risultato complessivo e’ un comportamento decisamente migliore durante il funzionamento.
Conclusioni

Nonostatnte la nuova strutta e le varie soluzioni costruttive adottate, non e’ stato possibile mantenere in equilibrio il pendolo. Molti dei fenomeni non sono modellati. Un esempio e’ visibile in figura, dove si nota la risposta del motore, con attaccato il pendolo. L’andamento oscillante e’ causato dalla presenza di giunzioni elastiche tra le varie parti del pendolo

 

 

Tuttavia questo esperimanto ha mostrato le potenzialita’ del NXT ed ha gettato le basi per il nuovo progetto il Legway, il cui funzionamento e’ paragonabile a quello del pendolo.