ROBOCUP JR ITALIA 2015 - Rete di scuole per la ROBOCUP JR ITALIA - Istituto Degasperi
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Rete di scuole per la ROBOCUP JR ITALIA ROBOCUP JR ITALIA 2015 MALPENSA FIERE (VA), 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Squadra ............................... ULISSE Istituto .............. ALCIDE DEGASPERI Classe ........................... 4ASA-4ALS Gara ......................... RESCUE MAZE UNDER 19
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Indice Premessa ............................................................................................3 1. Dati generali ...................................................................................5 2. Contesto e motivazione ..................................................................6 3. Nome e struttura del robot ......................................................... 10 4. Meccanica.................................................................................... 20 5. Unità di controllo ......................................................................... 26 6. Sorgente di alimentazione ........................................................... 30 7. Sensori ......................................................................................... 31 8. Attuatori ...................................................................................... 37 9. Ambiente di sviluppo ................................................................... 39 10. Software di controllo ................................................................. 41 Appendice 1. Elementi di ispirazione .............................................. 47 ----------------------------------------- This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 644344. Per informazioni sul progetto, http://www.didiy.eu I.S.”Degasperi” 2
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Premessa La “Rete di scuole per la Robocup Jr ITALIA” è espressione dell’Autonomia scolastica regolata dal D.P.R. 275/99 (art. 7), che permette alle scuole statali di operare sinergicamente per obiettivi condivisi e ritenuti importanti per l’offerta formativa erogata all’utenza. La Rete di scuole è nata sulla condivisione di una serie di prin- cipi EDUCATIVI e DIDATTICI riferiti alla realtà della scuola ita- liana. Questi principi e le conseguenti proposte operative erano stati riportati in un documento del maggio 2008 dal ti- tolo: Manifesto per una RoboCupJr italiana - una proposta per la diffusione dell’utilizzo didattico della Robotica nelle scuole a cura di Andrea Bonarini, Augusto Chioccariello e Gio- vanni Marcianò. L’obiettivo della Rete – organizzare l’edizione italiana della Robocup Jr – concretizza una spinta al confronto e alla colla- borazione tra Istituti scolastici, elementi che motivano docen- ti e studenti all’impegno nell’innovazione, sia didattica che tecnologica, affrontando i problemi che costituiscono uno standard internazionale dal 2000, quando la Robocup (mani- festazione riservata alle Università di tutto il mondo) ha pro- posto le tre “gare” per la scuola: Dance – Rescue – Soccer. La Robocup Jr ITALIA è una manifestazione nazionale fondata di tre punti qualificanti: 1. una struttura che cura l’organizzazione e gestisce gli aspetti di organizzazione, promozione, svolgimento ai diversi livelli, regionali e nazionali; 2. un contenuto condiviso, ovvero regolamenti, formule di gara, supporto formativo e informativo ai partecipanti; I.S.”Degasperi” 3
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 3. una documentazione delle proposte didattiche e del lavoro degli studenti che coinvolgono l’uso di kit o robot auto- costruiti per la partecipazione agli eventi organizzati dalla Re- te. Questo volumetto appartiene alla collana di documenta- zione. Sul piano organizzativo e gestionale della Rete di scuole lo Statuto prevede organismi ben distinti ma fortemente inte- grati: COMITATO DI GESTIONE – formato dai Dirigenti scolastici de- gli Istituti fondatori o associati alla Rete. Si riunisce due volte l’anno in via ordinaria, e online per decisioni straordinarie. ISTITUTO CAPOFILA – come previsto dal DPR 275/99, cura gli aspetti burocratici, amministrativi e contabili della Rete. Il Di- rigente scolastico dell’Istituto capofila è il legale rappresen- tante della Rete e provvede a dare esecuzione alle delibere del Comitato di Gestione. COMITATO TECNICO – formato dai docenti referenti degli Istituti fondatori o associati alla Rete, provvede a definire il Bando e i Regolamenti di gara per la manifestazione annuale nazionale, trasmettendoli al Comitato di Gestione che li deve approvare. COMITATO LOCALE – cura l’edizione annuale della manifesta- zione, ed è formato a cura dell’Istituto fondatore o associato a cui il Comitato di Gestione ha assegnato la cura dell’evento. ISTITUTI PARTECIPANTI – iscrivendosi alle gare, beneficiano del supporto della Rete ma non partecipano alle decisioni ge- stionali o tecniche. La partecipazione alla gara nazionale li rende idonei per aderire alla Rete. Diversamente serve il pa- rere del Comitato Tecnico. I.S.”Degasperi” 4
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 1. Dati generali Istituto Tipologia Istituto Superiore Nome Alcide Degasperi Indirizzo Via XXIV Maggio CAP 38051 Città Borgo Valsugana Telefono 0461 753647 E-mail Sito web http://www.istalcidedegasperi.it/website/ Docente referente Nome Costantino Cognome Tomasi Posizione Docente laboratorio di fisica Telefono 328 0836868 E-mail costanti- no.tomasi@istitutoade gasperi.it Squadra Nome Cognome Età Classe Sesso Dario Ferrai 18 4ASA M Michel Moranduzzo 17 4ASA M Daniela Avgustini 17 4ALS F Alberto Sartori 17 4ALS M Alberto Dietre 17 4ALS M Matteo Marchesoni 18 4ALS M Juri Dalvai 17 4ALS M I.S.”Degasperi” 5
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 2. Contesto, motivazione e quadro organizzati- vo Negli ultimi anni l'istituto "A. Degasperi" di Borgo Valsugana (TN), sotto la dirigenza del dott. Paolo Pendenza, ha rivolto particolare attenzione alle esigenze dei giovani e della comunità, confrontandosi con la realtà quotidiana e guardando al futuro e all'innovazione, promuovendo nuove idee in differenti ambiti tecnologici e umanistici. Tutto questo trova un'ottima realizzazione nel campo della robotica e precisamente con lo sviluppo del progetto "Robotica e Roboetica" coordinato e ideato dal prof. Tomasi Costantino. Gli studenti coinvolti sono: Daniela Avgustini, Matteo Marchesoni, Alberto Dietre, Alberto Sartori e Juri Dalvai della 4 LS, Dario Ferrai e Michael Moranduzzo della 4 ASA. La proposta didattica vede l'interazione del mondo umanistico con quello scientifico elaborando in forma modulare argomenti riguardanti l'informatica, l'elettronica, la meccanica, il design, la filosofia, la letteratura, l'etica e la storia, tutti uniti da un filo conduttore che porterà alla realizzazione di un progetto comune. I docenti che collaborano, relativamente alla loro area disciplinare, sono Bartolini, Casna, Dandrea, Romano, Zuin, Rapposelli. Il supporto nelle attività laboratoriali è stato garantito dal tecnico Quaiatto Walter e la collaborazione nella revisione del report umanistico dalla prof.ssa Ropele. Lo studente nella prima parte del corso svilupperà una certa "empatia" verso un'area di interesse che approfondirà nella seconda fase didattica per il raggiungimento dell'obiettivo prefissato. Gli alunni, per quest'anno scolastico, vedranno la realizzazione di un robot per la partecipazione al concorso I.S.”Degasperi” 6
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE nazionale di Robocupjr, competizione che da anni coinvolge più di un centinaio di Istituti Superiori sul territorio nazionale. Si è prestata molta attenzione alle tematiche umanistiche e sociali che hanno particolare legame con l'area tecnologico- scientifica nella società. Un importante investimento è stato fatto dall'Istituto in termini di strumentazione e materiale didattico, come per esempio l'acquisto della stampante 3D e delle piattaforme hardware di Arduino e Lego Mindstorm. Nell’innovazione didattica, in questi ultimi tempi, sta emergendo in modo chiaro, anche dalla letteratura scientifica in materia e dalle prime ricognizioni promosse dal MIUR, l’utilità delle stampanti 3D e della robotica nelle scuole come strumenti che favorisce per esempio: • la pratica di una didattica laboratoriale e multidisciplinare; • lo sviluppo e l'interazione di competenze su più aree disciplinari • l’intelligenza spaziale, ovvero la capacità di comprendere lo spazio tridimensionale; • lo sviluppo dell'immaginazione; • l’utilizzo avanzato di software specifici per disegni 3D; L’Istituto si assume la responsabilità con tale progetto, ma come normalmente dovrebbe essere, di ordinare e interconnettere le conoscenze acquisite dagli studenti nelle varie discipline mirando ad un approccio critico nei confronti dei temi affrontati e sviluppando in ogni studente una riflessione metacognitiva della fase di apprendimento. Lo studente in tal modo potrà ampliare le proprie competenze in modo autonomo attraverso le abilità fornitegli dall'insegnante. Quest'ultima figura cambia il suo classico I.S.”Degasperi” 7
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE ruolo di interlocutore trasmissivo e diventa mediatore secondo il modello di Vygoskij, cioè l'insegnante diviene sostenitore di un percorso formativo che va a collocarsi nella zona di sviluppo prossimale dell'apprendimento. La finalità ultima del progetto è quella di trasmettere alle nuove generazioni conoscenze di tecnologie attuali e competenze spendibili in ambiti innovativi, dando loro la possibilità di inserirsi più facilmente in un mondo del lavoro, soggetto sempre di più, a rapidi cambiamenti. Il progetto si è sviluppato dal mese di novembre ad aprile. L’area tecnico-scientifica ha visto la trattazione di argomenti inerenti la programmazione della piattaforma NXT, Arduino e Android; inoltre sono stati sviluppati concetti nell’ambito elettronico. Per l’argomentazione umanistica, il gruppo ha seguito le lezioni tenute dagli insegnanti Cinzia Casna per i riferimenti in letteratura, Nicola Zuin per filosofia e Enrico Dandrea per quanto riguarda la cinematografia, design nella robotica e la realizzazione del logo. Le lezioni hanno avviato un’attività di riflessione e confronto nell’ambito della roboetica. Sono stati analizzati testi di diversi autori, sviluppando diversi temi: in particolare per quanto riguarda la letteratura: • Omero, Odissea ; • Dante Alighieri, Divina Commedia; • Ugo Foscolo, A Zacinto; • Giovanni Pascoli, Poemi Conviviali, Il sonno di Odisseo; • Primo Levi, Se questo è un uomo, Il canto di Ulisse; Si è soffermata l’attenzione sul testo di Karel Čapek, Rossum's Universal Robots, che è stato analizzato nel suo complesso. Per quanto riguarda la parte filosofica si è discusso riguardo al tema del progresso e dell'influenza della società sull'individuo, prendendo spunto dall'Odissea e dal libro di I.S.”Degasperi” 8
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Horkheimer e Adorno, Dialettica dell'Illuminismo, che offre una lettura particolarmente interessante e pessimistica del mito di Ulisse. È stata interessante anche la visione di alcuni spezzoni di pellicole cinematografiche che hanno permesso di cogliere spunti significativi sull'interpretazione che hanno avuto i robot: • Metropolis: • Il mondo dei robot; • Star Wars; • Terminator; • Wall – E. I.S.”Degasperi” 9
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 3. Nome e struttura del robot L’idea di Ulisse nasce da … Era un giorno qualunque. Ulisse si svegliò per andare a scuola. Si lavò, si vestì, fece colazione, e partì. Prese il treno delle 7: 11 e arrivò a scuola puntuale, come sempre. A scuola era at- tento, come era solito fare: i professori parlavano attraverso la lavagna elettronica e lui segnava e registrava tutto sul suo tablet; finite le lezioni tornò a casa per svolgere i compiti, ma spesso si distraeva con la console olografica. La vita che conduceva Ulisse rientrava nella normalità, ma qualcosa quel giorno era destinato a cambiare. I.S.”Degasperi” 10
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE “Ulisse! Helena 1 è in carica, vai tu a prendermi in soffitta il vestito bianco con i ricami dorati?” “Quale? Quello che hai comprato l’anno scorso? Ok, ora ci vado …” Ulisse salì in soffitta; i raggi provenienti dalla finestra creava- no fasci di luce nell'aria polverosa che riempiva l’ambiente. Mentre rovistava nel grande baule in fondo alla stanza solle- vando un nuvolone di polvere che lo fece starnutire, sentì con la mano una superficie ruvida. Scorse una specie di coperchio e rimuovendolo vide uno scatolone. Incuriosito, lo aprì e trovò al suo interno degli strani oggetti che aveva visto solo su immagini in Internet: “Oh! Dei libri! Dei libri fatti con la carta, proprio come quelli di un tempo.” Stupito dall’eccezionalità della scoperta e incuriosito, comin- ciò a sfogliarne uno. “Vediamo un po'… Divina Commedia, Dante Alighieri, boh … non mi dice proprio niente”. Rigirando le pagine con attenzione notò un capitolo il cui tito- lo lo sorprese: “Ma tu guarda, Il Canto di Ulisse...” e cominciò a leggere: “Considerate la vostra semenza: fatti non foste a viver come bruti, ma per seguir virtute e canoscenza” 2 Mentre era assorto nella lettura, la mamma lo chiamò. Lasciò tutto come lo aveva trovato e scese con il vestito, ripromet- tendosi di tornare presto. 1 Helena è la protagonista della tragedia di “Rossum’s Universal Robots”. 2 Dante, “Divina Commedia”, Canto XXVI, Inferno, vv. 118-120 I.S.”Degasperi” 11
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Durante tutto il giorno continuava a pensare a ciò che aveva letto. Chissà cosa voleva dire Dante con “seguire virtù e conoscen- za”? Quale poteva essere il loro significato vero, profondo? E perché Ulisse, suo omonimo, era recluso all'inferno? Quella notte non dormì molto bene; il suo sonno era distur- bato da quelle parole che ritornavano ossessivamente nella sua mente e quando si alzò capì che in lui vi era qualcosa di diverso, di nuovo. Per la prima volta non vedeva l'ora di tornare da scuola per andare in quella soffitta e continuare la lettura di quei libri. Appena entrato in casa, sgattaiolò in soffitta, aprì la scatola, estrasse un altro libro e intraprese la lettura, sperando che fosse più comprensibile: “L'illuminismo è l'uscita dell'uomo da uno stato di minorità il quale è da imputare a lui stesso. Minorità è l'incapacità di ser- virsi del proprio intelletto senza la guida di un altro.” 3 Conoscenza, intelletto, stato di minorità... Ulisse dovette leg- gere il passo più e più volte per cominciare a capire quale fos- se il suo significato. Si concentrò sulle parole: “Guida di un altro”; cosa voleva dire esattamente l’autore? Forse che il proprio pensiero venisse influenzato da quello di un altro? Gli venne in mente lo spet- tacolo di magia che aveva visto qualche giorno prima, in cui un prestigiatore ipnotizzava delle persone e le obbligava a di- re determinate frasi oppure a eseguire specifiche azioni. Continuò a leggere: 3 Immanuel Kant, “Risposta alla domanda: che cos’è l’Illuminismo?”, 1784 I.S.”Degasperi” 12
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE “Imputabile a se stessi è questa minorità se la causa di essa non dipende da difetto di intelligenza, ma dalla mancanza di decisione e del coraggio di servirsi del proprio intelletto senza esser guidati da un altro.” 4 Gli autori di tali opere lo stavano incitando a conoscere, a ser- virsi della sua intelligenza, ma non capiva in che modo egli dovesse farlo. Si era sempre ritenuto uno studente intelligen- te come tutti i suoi compagni: ad esempio quando risolveva i problemi brillantemente o otteneva ottimi risultati nei test a scuola. Questa non è vera intelligenza, non sicuramente quel- la cui si riferiva Kant nel “servirsi del proprio intelletto senza esser guidati da un altro”, ma piuttosto una forma di appren- dimento passiva. Questi autori contrariamente gli stavano suggerendo un nuovo tipo di ingegno a lui finora sconosciuto. Il messaggio di quelle poche righe celava dei contenuti molto più profondi, dei quali non era ancora in grado di compren- derne il significato. Qualcuno lo stava forse “ipnotizzando” come quel prestigiatore? Ulisse utilizzava quotidianamente il proprio intelletto, ad esempio a scuola: qui i suoi “ragiona- menti” non erano autonomi bensì guidati dagli insegnanti. Ma allora che tipo di problemi si doveva porre, quali domande? A quali verità volevano condurlo questi testi? Mentre si poneva queste domande, l'occhio scorse un altro tomo, con al suo interno un segnalibro: aprendolo, trovò un altro racconto il cui protagonista era sempre Ulisse: “Son io! Son io, che torno per sapere! Ché molto io vidi, come voi vedete me. Sì; ma tutto ch’io guardai nel mondo, i riguardò; mi domandò: Chi sono?” 5 4. Immanuel Kant, “Risposta alla domanda: che cos’è l’Illuminismo?”, 1784 5 Giovanni Pascoli, “L’ultimo viaggio, Il vero”, vv. 35 - 38 I.S.”Degasperi” 13
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Chi sono io? … che razza di domanda era quella? Lui era lui, Ulisse ovviamente, e chi altri? O forse quello era solo il suo nome … cosa intendeva quel tale, Giovanni Pascoli con questa domanda nei suoi scritti? Chi era lui veramente? Soltanto un nome, una semplice eti- chetta? O c’era qualcos’altro oltre il semplice nome? “Ulisse! Svegliati, devi andare a scuola!” “Arrivo, mamma, dammi solo un minuto!” Ulisse si alzò e andò in cucina, dove Helena gli servì la cola- zione. “Analizzando i tuoi indicatori bio – neurali trovo schemi di stress e malessere psicologico. Ti senti bene, padrone?” Il ragazzo osservò attentamente Helena; e i robot, invece, co- sa erano? Anche loro erano entità pensanti, con intelligenza, in grado di ragionare e di elaborare dati come gli esseri uma- ni, ma in modo diverso, molto più limitato, probabilmente. Incuriosito, cominciò ad investigare. “Helena, il tuo cervello da robot come funziona, quali pensieri ti corrono per la testa? … insomma tu come pensi?” “Se mi stai chiedendo il mio sistema operativo, padrone, allo- ra dovresti saperlo: è l’XCZ431, e l’ho aggiornato proprio ieri.” “No, non è quello che volevo dire … come spiegarlo … quando ragioni, fino a che limiti ti puoi spingere? Ci sono delle cose che non puoi pensare, anche se ci provi?” “Beh, padrone, io non potrei mai, per esempio, pensare di nuocere in alcun modo ad un essere umano, perché va contro le leggi che mi sono state imposte.” “Parli delle tre leggi della robotica di Asimov?” “Sì, proprio quelle: « 1. Un robot non può recar danno a un essere umano né può permettere che, a causa del proprio mancato intervento, un essere umano riceva danno. I.S.”Degasperi” 14
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 2. Un robot deve obbedire agli ordini impartiti dagli es- seri umani, purché tali ordini non contravvengano alla Prima Legge. 3. Un robot deve proteggere la propria esistenza, purché questa autodifesa non contrasti con la Prima o con la Seconda Legge. » ” 6 In effetti Ulisse non aveva mai pensato a quanto quelle regole esprimessero la sottomissione dei robot agli uomini: egli la riteneva scontata, non essendosi mai posto domande come quelle. I robot non erano in grado di pensare con un proprio ingegno, di testa propria, avevano bisogno di una guida. Apparivano come quella persona ipnotizzata, in totale balia del prestigiatore. Non erano programmati per porsi domande e per elaborare un pensiero personale: erano in un certo sen- so privi di un’identità propria, non avevano un obiettivo a cui tendere, erano completamente soggiogati all’uomo. Per la prima volta un dubbio si insinuò nella sua mente: quan- ta differenza c’era fra lui e un robot? Quanto è sottile la linea che separa uomo e macchina? “Helena?” “Sì, padrone?” “Tu credi che la mia vita abbia un fine o che io sia semplice- mente una pedina, una marionetta mossa da qualcuno? Sono libero oppure sottomesso al volere di qualcun altro?” “Come ben sai, le mie memorie non contengono la risposta a questo tipo di domanda. Posso semplicemente limitarmi a di- re che a differenza nostra non hai nessuno che ti imponga de- gli ordini.” “No, non era questo che intendevo … vabbè, grazie, Helena”. 6 Leggi di Asimov, Manuale di Robotica, I.S.”Degasperi” 15
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Rimuginava su queste domande andando a scuola, e durante la ricreazione decise di parlarne con i compagni, sperando di ottenere delle risposte differenti. “Ragazzi, voi vi siete mai chiesti per quale scopo siamo nati?” I compagni lo guardarono con espressione attonita: “Che cosa vuoi dire, scusa?” “Voglio dire … cosa ci aspetta in futuro? Come dobbiamo vi- vere la nostra vita? E quale deve essere lo scopo della nostra esistenza?” “Beh, non so cosa farai tu, però io da grande avrò un bel lavo- ro, magari sarò un ricercatore e guadagnerò molti soldi … in- somma, cercherò di trascorrere il mio futuro in tranquillità … perché dovrei puntare a qualcos’altro?” “Capisco … e per quanto riguarda l’uomo in generale? Come sarà la società?” “Sicuramente gli uomini del futuro saranno molto più fortu- nati di noi.” “E perché, scusa?” “Beh, guarda a che ritmo si sta sviluppando il progresso tec- nologico! Di questo passo si arriverà ad un punto in cui tutti saranno felici e non dovranno più lavorare, perché faranno tutti i lavori i robot.” “Tutti saranno in grado di ottenere ciò di cui hanno bisogno: non ci sarà più povertà. Sì, la gente sarà senza lavoro, ma solo perché non ci saranno più lavori da fare: vivranno solo per mi- gliorare se stessi.” “Ma sarà davvero così?” “Sarà così, non potrebbe essere altrimenti” 7 “Non capisco, come fate a dire che il progresso è l’unico obiettivo che l’uomo deve porsi? Non potrebbe esistere un 7 Karel Čapek, “Rossum’s Universal Robots” I.S.”Degasperi” 16
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE altro motivo, più significativo, che sta alla base della nostra esistenza?” “E che ne so, mica sono un filosofo!” “Già, se tu fossi un filosofo non riusciresti nemmeno a procu- rarti da mangiare!” Ulisse si allontanò pensieroso. Aveva come l’impressione di avere davanti a sé un muro insormontabile, che non sarebbe caduto nemmeno con delle cannonate. Ma anche lui aveva vissuto così fino a pochi giorni fa? Anche lui dava tutto per scontato? Non riusciva a capire come pote- va essere stato così ottuso e ingenuo fino ad allora. “Mamma, posso tornare a casa a piedi?” disse Ulisse al tele- fono. “Cosa c’è, Ulisse, ti senti bene? “ “Sì … tutto bene” rispose Ulisse immerso nei suoi pensieri. I suoi compagni parlavano come il suo robot: sembravano es- sere ipnotizzati da qualcuno, come nel caso di quel prestigia- tore. Ma molto probabilmente i suoi compagni non erano gli unici a ragionare così. Girando per le strade, Ulisse aveva as- sunto una nuova consapevolezza di ciò che lo circondava. La gente correva di qua e di là, ma a che scopo? Tutto ciò che gli stava attorno gli sembrava così insensato. Le persone at- torno a sé sembravano tutte uguali: avevano tutti gli stessi vestiti, gli stessi telefoni, lo stesso modo di fare. Passo dopo passo la sua visione della società stava mutando: l’influenza che essa esercitava nei confronti della gente colpiva sia l’aspetto esteriore che quello interiore. “ROBOT ROSSUM: IL PROGRESSO È QUI” 8 8 Karel Čapek, “Rossum’s Universal Robots” I.S.”Degasperi” 17
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Questo era lo slogan pubblicitario apparso su un enorme schermo sull’altro lato della strada, che scomparve subito la- sciando il posto ad una pubblicità di elettrodomestici. Progresso? Ah, giusto, era diventato quello lo scopo a pre- scindere di ciascun essere umano. Con il passare dei secoli l’uomo non si era reso conto di aver creato un sistema che aveva finito per inghiottirlo, come un invisibile prestigiatore che controllava le menti dei suoi collaboratori. Tutto il resto al di fuori di ciò veniva posto in secondo piano, ogni altro tipo di prospettiva veniva adombrata da questa enorme e accecante sete di progresso; ma era a questo che l’uomo si doveva limitare? Le sue azioni dovevano essere tutte decise dalla società, da questo sistema, questo ciclo privo di ogni limite? Nascere, andare a scuola, crescere, trovare un lavoro e una moglie e allevare la prole? Ogni giorno precipitarsi, correre di qua e di là sforzandosi sempre di più di essere uguali agli altri? Ma quale lo scopo di tutto questo? Cosa si otterrà alla fine, quando l’uomo avrà già scoperto ogni cosa? Esattamente come dei robot, le persone svolgevano le pro- prie attività, lavoravano e si arrabattavano in continuazione, senza il “coraggio di servirsi del proprio intelletto”: un chiaro esempio di ciò era il suo insegnante di biotecnologie, il quale, recitando sempre le solite battute e comportandosi sempre alla stessa maniera appariva ai suoi occhi come un automa. Passando accanto al monumento in onore di Turing, conside- rato universalmente il padre della robotica, si ricordò come secoli prima che lui nascesse i robot riuscirono a superare l’Imitation Game, passando da semplici macchine comandate dall’uomo a esseri senzienti in grado di confrontarsi con gli esseri umani. Da quel momento in poi l’industria della robotica non aveva conosciuto più limiti: un momento! Se la tecnologia era arri- vata a quei livelli era forse possibile che alcune persone, ma- I.S.”Degasperi” 18
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE gari certi suoi conoscenti, o compagni di classe, fossero dei robot estremamente complessi? A questo punto gli venne di nuovo in mente la domanda che stava per porre ad Helena: qual è la differenza tra uomo e robot? Era forse possibile che delle persone a lui care fossero delle macchine e non uomini in carne e ossa? E lui poteva avere la certezza definitiva di essere un uomo? O avrebbe potuto essere una macchina? Arrivò a casa ansimando. Non poteva non trovare la risposta a quella domanda; sentiva che quella soffitta doveva fornirgli ciò che cercava. Sfogliando le pagine con la fronte sudata, arrivò alle fatidiche parole, e lì svanì ogni dubbio: “«Solo mi resta un attimo. Vi prego! Ditemi almeno chi sono io! chi ero!». E tra i due scogli si spezzò la nave.” 9 9 Giovanni Pascoli, “L’ultimo viaggio, Il vero”, vv. 53 – 55. I.S.”Degasperi” 19
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 4. Meccanica Per quanto riguarda la meccanica ci si è occupati principalmente dell’ottimizzazione del telaio che deve garantire, per gli impieghi previsti, le seguenti caratteristiche costruttive: • Struttura resistente per garantire solidità e compattezza al robot; • Ingombro minimo per consentire la migliore manovrabilità all’interno degli spazi assegnati; • Peso bilanciato affinché il baricentro sia situato in una posizione bassa e centrale; • Essenzialità della struttura per consentire il facile montaggio, accesso e utilizzo della sensoristica e dei microcontrollori. In particolare il telaio deve consentire un’ampia possibilità di montaggio dei sensori senza limitarne il campo d’azione. Per soddisfare queste esigenze, si è deciso di creare le componenti del telaio attraverso una stampante 3D. I.S.”Degasperi” 20
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE FIGURA 1: BASE TELAIO Si è deciso di creare una base del telaio di forma rettangolare per rendere più stabile la struttura. È stata posta la scheda Arduino Mega al centro della struttura, per consentire una migliore connessione con i sensori. Si è inoltre deciso di lasciare dello spazio libero intorno alla scheda Arduino: questa soluzione ha permesso di avere tutte le porte libere da eventuali ostruzioni di parti meccaniche riducendo così di molto le problematiche inerenti ai collegamenti tra le varie componenti. I.S.”Degasperi” 21
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE FIGURA 2: SUPPORTO ARDUINO Si è progettata la piattaforma di controllo NXT in una posizione sopraelevata e con lo schermo rivolto verso l’alto per facilitarne l’utilizzo. Per sostenere il mattoncino NXT sono state costruite delle colonne che hanno permesso di mettere i sensori in una posizione più accentrata FIGURA 3: SUPPORTO NXT in modo che essi possano rispettare le distanze minime per permettere il corretto funzionamento dei sensori. I motori, posizionati in verticale, FIGURA 4: COLONNE DI SOSTEGNO trasmettono il moto direttamente a due cingoli a tre assi, che garantiscono una maggiore tensione del cingolo stesso e migliorano la trazione. Tenendo in considerazione che i cingoli hanno un centro di rotazione nella parte centrale del robot, si è optato per questa soluzione al posto delle ruote, che favoriscono una maggiore I.S.”Degasperi” 22
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE stabilità ma allo stesso tempo un raggio di rotazione troppo ampio. Infine il supporto per lo smartphone con sistema operativo Android è stato posto posteriormente, con lo schermo verso l’esterno per una maggiore facilità nel controllo. Lo smartphone è stato messo in posizione verticale per evitare di compromettere la stabilità del robot. FIGURA 5: SUPPORTO SMARTPHONE E MOTORI FIGURA 6: VISTA ANTERIORE TELAIO I.S.”Degasperi” 23
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE STAMPANTE 3D Sharebot NG – Next Generation – è la stampante 3D di terza generazione prodotta da Sharebot. Una stampante dedicata ad un utilizzatore professionale che cerca facilità, solidità e versatilità di utilizzo. La macchina offre la migliore qualità di stampa della sua categoria. Può stampare con una vasta gamma di materiali e, nella modalità con doppio estrusore*, è possibile combinare colori e materiali differenti. Sharebot NG è prodotta in Italia, certificata CE e disponibile in due modelli: con singolo e doppio estrusore. Peso 14 Kg Scocca Acciaio Inox Carter Plexiglass Ingombro 450*450*410 mm Velocità 150cm3/h massima Ugello 0.35 mm Spessore minimo dello 0.05 mm strato Piano Integrato riscaldato LCD monitor Integrato Area di stampa mono 250*200*200 mm (+/-5mm) (*) estrusore I.S.”Degasperi” 24
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Area di stampa con 180*200*200 mm (+/-5mm) (*) doppio estrusore Filamenti da 1.75 mm: ABS, ABS Plus, PLA, Nylon, Filamenti Thermoplatic Polyurethane (TPU), Polystyrene, utilizzabili Cristal Flex, PLA Brick, PLA Flex, PLA Thermosense, PET Blocco estrusore con regolazione pressione sul filamento Cuscinetti a riciclo di sfere su tutti gli assi Movimentazione asse z con viti trapeizoidali Piano di stampa regolabile Micro USB per aggiornamento firmware Possibilità di stampa diretta da SD card I.S.”Degasperi” 25
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 5. Unità di controllo MICROCONTROLLORE KIT LEGO NXT, Le sue specifiche tecniche sono: Processore a 32 bit Atmel AT91SAM7S256 (classe ARM7) a 48 MHz (riferimento 2 della figura) Coprocessore 8 bit Atmel ATmega48 (classe AVR: è un RISC a 8 bit) a 8 MHz, con 4k flash e 512 byte RAM (riferimento 3 della figura) 256KB memoria flash 64KB RAM Interfaccia bluetooth v2.0+EDR (chipset CSR BlueCore 4 version 2, clockato a 26 MHz, con propri buffer RAM e firmware stack Bluelab 3.2) velocità teorica massima 0,46 Mbit/sec (per trasferire il software o per controllare il robot da remoto) (riferimento 1 della figura) Display LCD bianco e nero da 100×64 pixel (ogni pixel è circa 0,4×0,4mm); Speaker mono 8 bit fino a 16 KHz; Tastiera con quattro tasti in gomma. I.S.”Degasperi” 26
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 4 porte di input 3 porte di output Alimentazione con 6 batterie AA (1.5V)) oppu- re tramite batteria ricaricabile al litio Interfaccia per permettere lo sviluppo di pe- riferiche da parte di terze parti. ARDUINO MEGA Arduino Mega è una scheda basata sul microcontrollore ATmega 1280. Dispone di 54 pin digitali di I/O (di cui 14 possono essere utilizzati come uscite PWM), 16 ingressi analogici, 4 UART (porte seriali hardware), un oscillatore a I.S.”Degasperi” 27
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE cristallo a 16 MHz, una connessione USB, un jack di alimentazione, un header ICSP, e un pulsante di reset. Esso contiene tutto il necessario per supportare il microcontrollore; per iniziare è sufficiente collegarla a un computer con un cavo USB o alimentarla con un adattatore o batteria CC-CA. Il Mega è compatibile con la maggior parte delle schede progettate per Arduino Duemilanove o Diecimila. Di seguito sono elencate le specifiche tecniche: Microcontrollore ATmega1280 Voltaggio operativo 5V Voltaggio di Input 7-12V Voltaggio di Input 6-20V (limiti) 54 (of which 15 provide PWM Pin Digitali I/O output) Pin Analogici di Input 16 Corrente DC per Pin I/O 40 mA Corrente DC per Pin 50 mA 3.3V 128 KB of which 4 KB used by Memoria flash bootloader SRAM 8 KB EEPROM 4 KB Velocità del clock 16 MHz Le schede Arduino risultano facilmente programmabili per chi deve apprendere i rudimenti della programmazione di sistemi a microcontrollore. L’ambiente è portatile e multi piattaforma e gira sotto Windows, Mac e Linux. La programmazione I.S.”Degasperi” 28
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Arduino risulta semplificata rispetto all’utilizzo del linguaggio C o dell’utilizzo dell’assembler anche per via delle librerie a codice aperto disponibili. L’hardware è ampliabile attraverso speciali schede denominate “shield” che si montano sopra le scheda Arduino. Arduino controlla i quattro sonar SRF05, i due sensori di temperatura MLX9064 e il sensore di luminosità presente nel kit LEGO. Il microcontrollore provvede alla lettura dei dati provenienti da questi sensori e poi invia questi dati attraverso un integrato dedicato siglato come MAX 485. L'integrato è in grado, tramite due buffer bidirezionali, di comunicare attraverso la porta 4 di Lego NXT che è predisposta per sfruttare un protocollo di comunicazione seriale RS 485. I.S.”Degasperi” 29
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 6. Sorgente di alimentazione La fonte di alimentazione del robot è unica ed è costituita da una batteria ricaricabile al litio che permette di sostituire il pacco batterie formato da 6 batterie tipo AA da 1,5V. Essa è in grado di alimentare anche il microcontrollore Arduino attraverso la scheda autocostruita che permette la comunicazione tra il microcontrollore NXT e Arduino. E' prevista comunque la possibilità, tramite un ponticello, di alimentare Arduino in maniera indipendente ad esempio attraverso una batteria da 9 V DC. I.S.”Degasperi” 30
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 7. Sensori Luminosità É uno dei due sensori (insieme a quello ultrasonico) che dà il senso della vista all'NXT. È in grado di: • Distinguere tra il buio e la luce • Misurare l'intensità della luce in un ambiente • Misurare l'intensità della luce riflessa sulle superfici (colorate o neutre) • Riconoscere colori differenti Oltre a misurare l'intensità della luce in un ambiente, questo sensore è anche in grado di calcolare la distanza dalle superfi- ci, emettendo una luce di colore rosso e misurando la quanti- tà riemessa. Una difficoltà nell'utilizzo di questo tipo di sensore è dovuta alla sua estrema sensibilità nella misura della luce. Si riscon- trano forti differenze di lettura al passare da una superficie opaca ad una lucida, da una bianca ad una colorata. Inoltre non risulta sfruttabile direttamente in stanze fortemente il- luminate; infatti in luoghi dove è presente una elevata lumi- nosità il sensore non riesce a rilevare variazioni utili (rimane sempre intorno al valore massimo). Questo sensore può esse- re utilizzato anche per distinguere colori diversi tra loro (es. bianco-nero, rosso- blu). I.S.”Degasperi” 31
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Sensore ad ultrasuoni (distanza) Sensore Sonar SRF05 (acronimo di Sonic Range Finder 05), è un misuratore di distanze che sfrutta gli ultrasuoni per determinare la distanza dall'ostacolo che ha di fronte, ed in questo caso è il quinto della serie (05). Il range di localizzazione di questo tipo di sensori è quello che vedete nell'immagine qui sotto: I.S.”Degasperi” 32
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Come si vede dall'immagine, il sensore è costituito in verità da due elementi (i due trasduttori di ultrasuoni) ben evidenti e distinti, il loro compito è rispettivamente quello di trasmettere e ricevere il suono (ultrasuono) che “rimbalza” su un ostacolo. Proseguendo nell'osservazione esterna del sensore, sul retro della scheda di supporto ci sono vari circuiti integrati ed altri componenti, questi costituiscono l'intelligenza del sensore. I pin presenti sul lato inferiore o sinistro delle immagini sono destinati al collegamento con Arduino, mentre quelli superiori sono usati per la programmazione del sensore in fase di produzione. I.S.”Degasperi” 33
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Grazie all' "intelligenza" inclusa nel sensore, tramite un microcontrollore Arduino, si invia al piedino del sensore denominato trigger, un impulso (valore alto) della durata di dieci microsecondi; tale impulso vale per il sensore come richiesta di lettura. A questo punto il sensore tramite una delle due capsule ultrasoniche, spara un treno di 8 impulsi di ultrasuoni (quindi fuori dal campo dell'udito umano), i quali rimbalzano sull’ostacolo più vicino e dopo un certo tempo ritornano indietro per essere captati dall'altra capsula ultrasonica. L’altra capsula (che in questo caso fa da microfono per ultrasuoni) una volta ricevuto il suono, lo passa alla circuiteria interna del sensore che lo normalizza e lo elabora restituendo un impulso squadrato e pulito. Il diagramma successivo mostra questi avvenimenti sulla stessa linea temporale visti dai vari pin del sensore. I.S.”Degasperi” 34
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Con Arduino si conta quanto tempo passa fra la trasmissione e la ricezione dell'impulso, "cronometrandolo”. Si utilizza la formula: Velocità = Spazio/Tempo Per conoscere lo spazio che c'è fra il sensore e l'ostacolo viene usata la formula inversa: Spazio=Tempo x Velocità quindi sapendo che la velocità del suono nell'aria è di circa 340m/s ed avendo ricevuto da Arduino il tempo intercorso, si può calcolare lo spazio o distanza. Sensore a infrarossi (calore) Sensore MLX90614, sensore della Melis, svolge funzione di termometro ad infrarossi senza contatto. Al suo interno è equipaggiato con un convertitore analogico digitale (DAC) a I.S.”Degasperi” 35
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 17 bit e con un processore digitale di segnali (DSP) in grado di assicurare ottima risoluzione ed accuratezza. Il sensore ha un vasto campo di applicazione, tra cui le misurazioni della temperatura corporea e la rilevazione del movimento. I dati in uscita dal MLX90614 possono essere forniti secondo due modalità: PWM (pulsa Wirth modulati on o modulazione a larghezza di impulsi) o attraverso protocollo di comunicazione seriale detto SMBus. Il System Management Bus, abbreviato con SMBus o SMB, significa letteralmente "Bus per il controllo del sistema", ed è un semplice bus di collegamento a due fili usato per la comunicazione seriale a bassa velocità tra dispositivi integrati in particolare tra microcontrollori come Arduino e periferiche come il sensore di temperatura in oggetto. SMBus è sostanzialmente un sottoinsieme del sistema di comunicazione seriale I²C, acronimo di Inter Integrated Circuit, un sistema di comunicazione seriale bifilare utilizzato tra circuiti integrati. Il sensore MLX90614 nella modalità PWM fornisce un dato a 10 bit con una risoluzione di 0,14° C, mentre nella modalità I2C presenta una risoluzione di 0,02 °C. L'MLX90614 è tarato in fabbrica secondo diversi intervalli di temperatura ad esempio da - 40 a 85 °C per rilevare temperature ambientali oppure tra -‐70 e 382,2°C per la temperatura di oggetti. I valori misurati dal sensore sono correlati con la temperatura media di tutti gli oggetti nel campo di vista del sensore. L'MLX90614 è in grado di offrire una precisione standard di 0,5 °C. Questo dispositivo viene fornito secondo lo standard industriale TO-‐39 in due versioni: una con alimentazione a 5 V e l’altra funzionante a 3V. I.S.”Degasperi” 36
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 8. Attuatori N° 2 servomotori Il kit base fornito da LEGO prevede 3 servo motori del peso di 60g ciascuno. Ogni motore ha al sul interno un encoder (sen- sibilità 1 grado) che assicura il corretto posizionamento del rotore. Servomotore funzionante in corrente continua (DC), che viene collegato a una delle 3 porte di OUTPUT (A B C). Caratteristiche: Tensione alimentazione 9V (DC) Velocità max 170 rpm (giri/minuto) (117 rpm a 9V) Potenza meccanica a 9V 2,03W Potenza elettrica a 9V 4,95W Efficenza a 9V 41% Assorbimento a 9V 0,55A No-Load current 60 mA Coppia a 9V 16,7 N*cm Coppia in stallo 50 N*cm Corrente di stallo 2 A Peso 80 gr. I servomotori assemblati con encoder di rotazione ottici in- terni permettono di misurare la velocità e/o la distanza per- I.S.”Degasperi” 37
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE corsa. Grazie al software è possibile sincronizzare più motori e garantire che si muovano alla stessa velocità. Due servomotori sono stati utilizzati per consentire il movimento del robot e il terzo azionare il sistema di sgancio del Kit di soccorso. I.S.”Degasperi” 38
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 9. Ambiente di sviluppo Le possibilità relative alla programmazione del robot sono molteplici ma si dividono sostanzialmente in due principali ca- tegorie: da una parte ci sono i linguaggi grafici (ad esempio quello sviluppato per la LEGO dalla National Instruments) e dall'altra ci sono i linguaggi imperativi strutturati (ad esempio quello Open source scaricabile da Source Forge chiamato un po' ironicamente NXC - Not eXactly C). Per realizzare il nostro robot abbiamo deciso di utilizzare tre diversi dispositivi: Arduino Mega e NXT connessi tra loro me- diante il protocollo di comunicazione RS485 e uno smartpho- ne con SO Android per la mappatura del percorso. Il primo dispositivo che andiamo ad analizzare è l'NXT. NBC: (Next Byte Codes) è un linguaggio di programmazione Open source a livello assembly. Il robot NXT ha un interprete dei comandi che può essere usato per eseguire programmi. Il compilatore NBC traduce il programma sorgente nel byte-‐ code del NXT, che può essere eseguito direttamente dal brick NXT Il linguaggio NBC descrive la sintassi assembly con la qua- le scrivere i programmi mentre la NBC (Application Program- ming Interface (API)) descrive le funzioni, le costanti e le ma- cro che possono essere utilizzate dai programmi. Queste API sono raccolte in un header file che deve essere importato all’inizio del programma per poterle utilizzare. L' NXC: (Not eXactly C) un linguaggio di programmazione open source con sintassi simile al C. Il compilatore NXC non fa altro che tradurre il codice NXC in NBC è poi richiamare il compila- tore di NBC. La scheda Arduino Mega invece è una scheda indirizzata ad un utilizzo semi-professionale in grado di comunicare sia con l'NXT che con uno smartphone. Arduino è una piattaforma I.S.”Degasperi” 39
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE open source per la prototipizzazione elettronica basata su un hardware e un software di facile utilizzo per chiunque possa essere interessato alla creazione di oggetti e ambienti interattivi. La piattaforma è composta da un ambiente di pro- grammazione (IDE: Integrated Development Environment) che permette di scrivere, compilare e fare il debug di pro- grammi nominati “sketches” che vengono caricati su una del- le schede hardware Arduino. Il linguaggio di programmazione per Arduino si basa su C/C+. La piattaforma Arduino è aperta e permette di creare sistemi in grado di interagire con il con- testo e di esercitarsi nel campo del cosiddetto “physical com- puting” potendo utilizzare svariati sensori e trasduttori pre- senti sul mercato. Come SO per il quale creare l'applicazione per lo smartphone abbiamo scelto Android in quanto sono disponibili in rete in- numerevoli guide sulla programmazione I.S.”Degasperi” 40
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 10. Software di controllo Si è deciso di risolvere le problematiche principali emerse du- rate la realizzazione del software suddividendolo in più algo- ritmi, ciascuno dei quali è eseguito da una o due specifiche piattaforme. Di seguito sono elencati i principali problemi analizzati: • Comunicazione • Rilevamento delle pareti • Mappatura del labirinto • Movimento e rotazione • Allineamento del robot con i muri • Trovare le vittime • Rilasciare il kit di soccorso • Riconoscere la salita. COMUNICAZIONE I.S.”Degasperi” 41
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Per la comunicazione tra NXT e Arduino si è scelto di utilizzare il protocollo RS485 mentre lo smartphone è collegato tramite USB. RILEVAMENTO DELLE PARETI Constatando che in fase di gara il robot si muoverà in un labi- rinto delimitato da pareti, uno dei problemi principali è stato quello di creare un software che permettesse al robot di rile- vare le pareti ad esso adiacenti. Il gruppo si è avvalso di 3 sen- sori ad ultrasuoni (i quali attraverso un impulso ad ultrasuoni che viene riflesso dalle pareti sono in grado di stabilire la di- stanza da esse), posti davanti, a destra e a sinistra del robot. Questi informano Arduino sulle distanze dai muri. MAPPATURA Per la mappatura del labirinto si è realizzata una applicazione in Android. I dati rilevati dai sensori a ultrasuoni vengono co- municati all’applicazione che le elaborerà. Il software restitui- sce ad Arduino un’azione da compiere. Quest’ultimo in que- sta fase funge unicamente da tramite ed invia l’ordine ad NXT. I.S.”Degasperi” 42
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ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE MOVIMENTO Ricevuto l’ordine da Arduino, l’NXT lo esegue. L’azione può essere interrotta per due motivi: nel caso venga rilevata una sorgente di calore o la presenza di una parte di labirinto di co- lore nero. Per il movimento sono stati usati due motori in do- tazione con il kit Lego con l’utilizzo dei PID per rimediare all’errore nella rotazione. ALLINEAMENTO DEL ROBOT CON LE PARETI Per l’allineamento sono stati utilizzati due sensori ad ultra- suoni installati sul lato destro e sinistro del robot attraverso i quali è stato possibile determinare l’eventuale disallineamen- to. In tal caso il robot effettua delle piccole rotazioni su se stesso affinché la differenza tra la distanza rilevata dai sensori non sia annulla. INDIVIDUARE LE SORGENTI DI CALORE Uno dei principali compiti del robot consiste nel rilevare la presenza di vittime rappresentate da degli emettitori di calo- re. Per questo problema la scheda Arduino si serve di due sensori di temperatura dai quali legge i dati mediante connes- sione i2c. Viene fatto un controllo sulle temperature e se que- ste soddisfano determinati requisiti allora viene inviato un se- gnale ad NXT che avverte della presenza di una vittima. RILASCIARE IL KIT DI SOCCORSO Ricevuto l’input di comando, NXT si occupa di direzionare il robot per rilasciare il kit verso la fonte di calore. In seguito viene rilasciato il kit di emergenza e si attende un determina- to intervallo di tempo dopo il quale viene effettuato il riposi- zionamento. I.S.”Degasperi” 44
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE RICONOSCERE LA SALITA Una delle principali problematiche emerse è stata quella del riconoscimento della salita. Per risolverla si è utilizzato un di- spositivo creato artigianalmente che rileva una pendenza tramite una differenza di potenziale elettrico. Questo cam- biamento viene rilevato da Arduino che poi lo comunica ad NXT e ad Android che faranno poi le opportune considerazio- ni. ANDROID Android suddivide il campo di gara in una griglia bidimensio- nale, con i dati ricevuti da Arduino. Tale griglia viene aggiornata e costruita con classi che rappre- sentano la posizione dei muri intorno al robot. La sequenza di queste classi viene memorizzata e riutilizzata nel momento di tornare al punto di partenza. I.S.”Degasperi” 45
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Android ricorda la posizione delle vittime e degli spazi neri e reagisce di conseguenza quando viene interpellato da Ardui- no. I.S.”Degasperi” 46
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Appendice 1. Elementi di ispirazione LOGO Per la realizzazione del logo si è partiti dal nome del robot. Attraverso un brain-storming è stato associato Ulisse a vari temi dei quali il più rilevante è stato l'idea del viaggio. Il viaggio nell'ignoto, la ricerca, sono correlate strettamente alla roboetica e perciò si è presa l'immagine simbolica della nave e per svilupparla è stata utilizzata una trama che avesse a che fare con l'aspetto tecnico del robot Ulisse, ed è parsa una idea accattivante utilizzare dei circuiti stilizzati. Il programma che è stato utilizzato è Adobe Illustrator 17.0.1, software professionale che fa parte della gamma Adobe Crea- tive Cloud, che permette di creare immagini vettoriali ad alta risoluzione. I.S.”Degasperi” 47
ROBOCUP JR ITALIA 2015 – MALPENSA FIERE 8-11 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE GRUPPO WHATSAPP Il gruppo degli studenti ha comunicato in modo informale attraverso un provider di messaggistica istantanea online dove sono emerse simpatiche ma costruttive conversazioni. I.S.”Degasperi” 48
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