Relazione Tecnica. Per ogni sezione è stato previsto uno specifico attachment, ognuno di essi verrà descritto nel seguito.

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1 RoboFriends FLL Team Relazione Tecnica Capitolo 1. Missioni scelte La challenge World Class è stata divisa in tre sezioni principali, che coprono tre grandi aree del campo. La figura seguente illustra la strategia di gara con il percorso del robot, le tre sezioni (indicate con numeri arabi) e l'indicazione delle diverse Missioni previste nella challenge (indicate con triangoli gialli). Nell ordine cronologico di esecuzione (i numeri indicano le sezioni): 1 Adapting to changing conditions, Engagement (attivazione), Sports, Robotics Competition, Reverse Engineering, Using the Right Senses, Reverse Engineering (rotazione) 2 Search Engine (spinta carrello), Search Engine (prelievo loop) 3 Opening Doors, Project-based Learning, Apprenticeship Per ogni sezione è stato previsto uno specifico attachment, ognuno di essi verrà descritto nel seguito. Capitolo 2. Progettazione meccanica Il robot è stato progettato per lo specifico campo di gara della Challenge FLL. Il campo di quest'anno prevede che il robot possa compiere diverse evoluzioni anche in spazi non estesi, quindi la agilità e la precisione di manovra appaiono tanto importanti quanto la velocità di spostamento. Abbiamo quindi cercato di ridurre al minimo l ingombro del robot, in modo che potesse muoversi anche in passaggi stretti; la sua forma è sostanzialmente quadrata, di dimensione circa 15 cm di lato. Il cervello del nostro robot è il computer di un mattoncino EV3. E posizionato sulla struttura per poter digitare facilmente i comandi di missione durante la gara. Motorizzazione Per garantire rotazioni precise e veloci, abbiamo impostato una struttura a tre ruote, con due ruote motrici anteriori e, nella parte posteriore, una sfera di acciaio in modo che svolga la funzione di ruota, preferita al ruotino tradizionale in gomma che, molto spesso, si incastra e fa sbandare il robot. Per ridurre lo sbilanciamento dovuto al peso del robot, gli assi delle ruote motrici sono inseriti sull'asse del motore e sostenuti da due barre lunghe su ambo i lati di ogni ruota. Questo evita lo "spanciamento" tipico 1 di 5

2 nei robot con ruote esterne alla struttura, e migliora la precisione di rotazione. Le protezioni laterali in lunghe barre sono anche gli agganci per tutti gli attachment. Abbiamo utilizzato gomme 6.24 x 2 cm. perché hanno caratteristiche adatte a tutte le situazioni e danno un buon compromesso fra stabilità rettilinea e presa nelle rotazioni. Un'altra caratteristica, non meno importante, per migliorare la precisione di movimento è la centralità del giroscopio posizionato sull'asse di rotazione del robot. In questo modo il giroscopio misura il vero angolo di rotazione del robot. Sopra la struttura di trazione abbiamo creato un sistema di trasmissione, attraverso il quale si possono ottenere diverse azioni contemporaneamente. Il "medium motor" inserito sulla porta A fornisce rotazione all'asse trasversale, in particolare all'ingranaggio a quattro bracci puntato dalla freccia nella figura a lato, cui si agganciano diversi attachment usati per le missioni. La trasmissione alimenta anche un piccolo asse longitudinale, visibile nella parte superiore della struttura di trasmissione. Sensori Il giroscopio, già spiegato nella sezione precedente, è usato per controllare le rotazioni del robot intorno all'asse centrale fra le due ruote di trazione. Esso è collegato alla porta sensore numero 2. Davanti ai large motor di trazione abbiamo sistemato due sensori di colore/luce, protetti da schermature fatte in modo che la luce esterna non influenzi i colori rilevati o la intensità di luce riflessa. Avere due sensori affiancati consente di impostare inseguitori di linea su entrambi i lati del robot, ma soprattutto di poter allineare il robot secondo una direzione perpendicolare a una linea sul terreno. I sensori ottici sono collegati alle porte 1 e 3 del mattoncino intelligente EV3. La porta sensore 4 è lasciata libera per attachment a seconda delle missioni, ad esempio con un sensore frontale di cui si vede il cavo di collegamento nella foto sopra. Strutture di protezione Il robot è dotato, specialmente nella parte laterale e sui fianchi posteriori, di strutture che scendono fino quasi al tappeto e servono a proteggere il robot da eventuali ostacoli o corpi estranei che potrebbero trovarsi sul suo cammino e infilarsi sotto le ruote provocando sbandamenti o perdite di trazione. Siccome il robot si sposta nelle varie missioni sia in direzione frontale sia all'indietro, le barriere sono poste anche sul lato posteriore. Queste ultime non sono simmetriche perché la protezione sul lato sinistro, se posta a livello dell'altra, ostacolerebbe la missione "Robotic Competition" nel deposito dell'inserto robotico. Attachment Missioni per Sezione 1 È sicuramente la struttura più complessa perché deve fornire gli azionamenti a parecchie missioni. La figura seguente ne illustra la struttura in vista anteriore, dove sono evidenziati i componenti per: la Missione "Reverse Engineering", in cui il cestino viene sollevato da un braccio azionato da una fune a mo' di gru, e la Missione "Using the Right Senses", in cui il loop viene asportato mediante un braccio con movimentazione a ingranaggi. Entrambi questi moduli sono attivati dal sistema di azionamento descritto nel Robot Base in precedenza e ricevono energia da un asse di distribuzione. A dispetto della complessità meccanica, l'attachment Sezione 1 consente una rimozione facile durante la gara attraverso due pin e, naturalmente, scollegamento del cavo per il sensore di contatto. L'attachment non usa motori ausiliari ed è quindi "passivo" perché riceve energia dal robot base attraverso l'asse di trasmissione. 2 di 5

3 Asse di distribuzione Braccio mobile Using the Right Senses Braccio prelievo cestino Reverse Engineering Leva di sblocco per lancio palla Meccanismo di lancio palla a molla Leva di spinta Engagement Barra a spinta per Engagement (I) Meccanismo di spinta Changing Conditions Meccanismo di deposito inserto Rob.Comp. Rilevatore di prossimità (Rob.Comp) Attachment Missioni per Sezione 2 La sezione 2 della strategia di gara è dedicata integralmente alla Missione "Search Engine". Essa viene completata in due fasi: nella prima fase, il Robot spinge il cursore per azionare la ruota con i colori; nella seconda fase, un moschettone preleva il loop con il colore corretto. L'attachment relativo è unico, viene inserito e posizionato sul Robot base per gravità. Esso fornisce anche la struttura portante per la sezione 3. Posizioni di inserimento moschettone Braccio rotante (Sez. 3) 3 di 5

4 Attachment Missioni per Sezione 3 Il passaggio da Sezione 2 a Sezione 3 non richiede rimozione o installazione di attachment, questo semplifica molto i tempi di configurazione del robot. La terza sezione di gara inizia con la sola rimozione del moschettone di prelievo del loop da Search Engine, e l'inserimento (a pressione) del carrello per sorreggere i vari loop che dovranno essere depositati sul model di "Project-based Learning". Il funzionamento del carrello è mostrato nella figura seguente. Capitolo 3. Programmazione software Il software per la programmazione del Robot rispecchia la struttura della meccanica, può quindi essere diviso in una sezione "base", che governa il funzionamento generale, e diversi moduli specifici per le singole Sezioni. Il primo componente è retto da un "Programma Master" che fornisce all'operatore un semplice menu per scegliere le missioni da lanciare; ogni software di sezione è implementato da un MyBlock dedicato. I diversi blocchi di sezione hanno una struttura lineare perché fanno uso molto pesante di programmazione modulare attraverso MyBlock che compiono azioni specifiche e particolari. Qui di seguito elenchiamo un estratto dei MyBlock più significativi che sono usati nel codice. Avanza RuotaGradi AvanzaDrittoGyro Allinea LineFollowerPID LineFollowerPID_tempo Avanza in linea retta di una distanza specificata usando SteeringTank Ruota (pivoting) di un numero di gradi specificato Avanza in linea retta di una distanza specificata usando il giroscopio per tenere la direzione Allinea il robot in direzione perpendicolare ad una linea sul campo Insegue una linea usando un algoritmo di controllo PID Insegue una linea usando un algoritmo di controllo PID entro un range di tempo specificato Ogni blocco del software sviluppato è stato corredato da una scheda informativa che definisce nel dettaglio parametri di ingresso e uscita, passi dell'algoritmo e vincoli o altre informazioni utili al funzionamento. Capitolo 4. Strategie di Missione e scelte tecniche Abbiamo diviso ogni Missione in quattro fasi: Navigazione (il robot si avvicina all'area del model), Posizionamento (il robot si posiziona con accuratezza sul model), Azionamento (il robot interagisce con il model), Ritorno (il robot ritorna in base). Per risparmiare tempo, molte Missioni sono state messe in catena, quindi le fasi di Navigazione/Posizionamento di una missione coincidono con il ritorno delle precedenti. Sezione 1. Navigazione Posizionamento Attuazione Ritorno Changing Conditions Avanza dritto A spinta in avanti - Engagement Rotazione e line foll. Rotazione A spinta in retrom di 5

5 Sports Allineam.+avanzam., rotazione 90 Avanzam fino colore Lancio a molla con leva di sblocco --- Robotics Compet. Rotazione + Arretra Rotazione fino contatto prossimità Azionamento dispositivo rilascio ---- Reverse Engineering Allinea a parete, ruota 90 Avanza dritto Aziona braccio di sollevamento cestino Using The Right S. Arretra fino linea verde + Ruota Line Follower su verde Aziona braccio di sollevamento loop Engagement (II) Avanza fino verde, Line Follower, ruota Rotazione + Avanza in retrom. A spinta in avanti Retromarcia fino base Sezione 2. Il Robot si avvicina lateralmente al Model di "Search Engine" e spinge lateralmente il carrellocursore con la barra frontale. Nella seconda fase, sul frontale dell'attachment viene inserito un dispositivo 'a moschettone' che aggancia e preleva il loop corretto. La scelta del posizionamento viene fatta dall'operatore al tavolo avendo osservato la posizione dei colori dopo la spinta. Sezione 3. La missione "Opening Doors" è completata dal braccio rotante, azionato dal motore installato sull'attachment, che spinge verso il basso il maniglione di apertura della porta. La missione "Project-based Learning" è completata dal carrello porta-loop, che viene installato in posizione orizzontale ed è tenuto in questa posizione da un perno. Sotto azione del motore, un eccentrico rilascia il perno, il carrello ruota verticalmente per gravità, lasciando appesi i loop al braccio del model. Apprenticeship è completata spingendo il model mentre il robot avanza. Scelta tecnica - uso del giroscopio Il giroscopio (innovativo nel set EV3) misura i gradi di rotazione intorno a un asse, lo abbiamo quindi usato per guidare rotazioni precise - basta inserire un loop in cui la condizione di uscita è il raggiungimento dei gradi prefissati. Questa tecnica è migliore delle rotazioni guidate dai soli motori (che soffrono di problemi di slittamento e efficienza delle batterie), si raggiungono accuratezze di circa 1-2 gradi, anche se a volte non sono sufficienti specialmente in percorsi complessi. Un uso più sofisticato del gyro lo abbiamo sperimentato nel controllare il robot nei rettilinei. La distribuzione dei pesi (attachment), la differenza fra i motori e il consumo delle ruote portano a possibili sbandamenti: inserendo il gyro in un algoritmo di controllo proporzionale si riesce a far mantenere al robot una traiettoria rettilinea e indipendente da altri fattori. Genova, gennaio 2015 I RoboFriends Daniele Federico Francesco Francesco Gabriele Nicolò Simone 5 di 5