Controllo in radiofrequenza di un rover semiautonomo

Abstract

ELRS (ExpressLRS) e CRSF (TBS Crossfire) sono due protocolli radio ampiamente utilizzati nell’ambito dei velivoli radiocomandati per via della bassa latenza e dell’elevata portata che offrono. La tesi presenta la progettazione e l’implementazione di un sistema di controllo remoto in radiofrequenza per un rover terrestre, "Sylvester", a supporto di varie funzionalità autonome già presenti. Il veicolo è infatti dotato di sensori e algoritmi per la mappatura dell’ambiente, ma può ricevere comandi tramite rete Wi-Fi da un telecomando apposito. Al fine di affiancare a questo sistema un’interfaccia di pilotaggio alternativa, è stato sviluppato un modulo basato su microcontrollore ESP32S3. Il dispositivo riceve i pacchetti CRSF da un radiocomando ELRS, ne analizza la struttura e decodifica i canali dei comandi. I valori di specifici input vengono rimappati nei comandi di movimento del rover, secondo una logica a stati e una suddivisione geometrica dello spazio di movimento dello stick analogico destro che risulti robusta rispetto al rumore e alle caratteristiche meccaniche del trasmettitore. I comandi elaborati vengono dunque trasmessi al rover tramite comunicazione WiFi locale, evitando la necessità di modificarne il firmware. L’ultima fase della progettazione riguarda lo sviluppo di una PCB tramite KiCad, con lo scopo di rendere il modulo più compatto e affidabile.

ELRS (ExpressLRS) and CRSF (TBS Crossfire) are two radio protocols widely used in the field of remotely piloted aircraft due to the low latency and long range they provide. This thesis presents the design and implementation of a radio-frequency remote control system for a ground rover, “Sylvester”, intended to support several autonomous functionalities already in place. The vehicle is in fact equipped with sensors and algorithms for environment mapping, but it can receive commands via a Wi-Fi network from a dedicated controller. In order to complement this system with an alternative piloting interface, a module based on an ESP32S3 microcontroller was developed. The device receives CRSF packets from an ELRS radio transmitter, analyzes their structure, and decodes the command channels. The values of specific inputs are remapped into the rover’s motion commands according to a state-based logic and a geometric partitioning of the movement space of the right analog stick, designed to be robust with respect to noise and the mechanical characteristics of the transmitter. The processed commands are then transmitted to the rover via local Wi-Fi communication, avoiding the need to modify its firmware. The final phase of the design concerns the development of a PCB using KiCad, with the aim of making the module more compact and reliable.