ROBOCUP JR ITALIA 2012

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1 Rete di scuole per la ROBOCUP JR ITALIA ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Della squadra THE ENDLESS RUNNER Istituto ITT G. Chilesotti

2 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 principi EDUCATIVI e DIDATTICI riferiti alla realtà della scuola italiana. Questi principi e le conseguenti proposte operative erano stati riportati in un documento del maggio 2008 dal titolo: 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 Giovanni Marcianò. Maggio 2008 L obiettivo della Rete organizzare l edizione italiana della Robocup Jr concretizza una spinta al confronto e alla collaborazione tra Istituti scolastici, elementi che motivano docenti e studenti all impegno nell innovazione, sia didattica che tecnologica, affrontando i problemi che costituiscono uno standard internazionale dal 2000, quando la Robocup (manifestazione riservata alle Università di tutto il mondo) ha proposto le tre gare per la scuola: Dance Rescue Soccer. La Robocup Jr ITALIA è Una manifestazione nazionale fondata di tre punti forti: 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; 2

3 ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 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 Rete. Questo volumetto appartiene alla collana di documentazione. Sul piano organizzativo e gestionale della Rete di scuole lo Statuto prevede organismi ben distinti ma fortemente integrati: COMITATO DI GESTIONE formato dai Dirigenti scolastici degli 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 Dirigente scolastico dell Istituto capofila è il legale rappresentante 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 manifestazione, ed è formato a cura del 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 gestionali o tecniche. La partecipazione alla gara nazionale li rende idonei per aderire alla Rete. Diversamente serve il parere del Comitato Tecnico. 3

4 autori THE ENDLESS RUNNER PARTECIPA ALLA GARA DI Istituto ITT G. Chilesotti Classe 4 BI 4

5 ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 1 - DATI GENERALI I componenti della squadra sono Stefano Fioravanzo Davide Rigoni Andrea Dall Alba tutti frequentano l ITT G. Chilesotti al quarto anno indirizzo Informatica. Professori responsabili: Carlo Gecchellin Marco Cuoghi Amerigo Rasile 5

6 CAP. 2 - DATI DI CONTESTO E MOTIVAZIONE Abbiamo cominciato l esperienza del Robocup Jr Italia, nel mese di Ottobre dell anno scorso, quando la nostra scuola ha avviato un piccolo corso di robotica, bisognava formare delle squadre da tre componenti, e creare un primo semplice robot. Dopo un paio di mesi di lavoro, abbiamo effettuato una prima selezione che ha portato le 6 squadre iscritte al progetto a 4 squadre. La selezione consisteva in una gara con un semplice inseguimento di linea cronometrato, le due squadre più lente sarebbero state squalificate. In questa gara ci siamo classificati secondi e quindi abbiamo potuto continuare la nostra esperienza. Per effettuare un ulteriore selezione, la scuola ci ha fatto partecipare alla manifestazione regionale RoboRossi svoltasi all Istituto Rossi di Vicenza per portare alle gare nazionali solo le due squadre più forti. Nonostante molti problemi inaspettati siamo stati selezionati, e quindi ora abbiamo l opportunità di partecipare alla gara nazionale. Dopo l ultima selezione al Rossi, abbiamo anche ricevuto l aiuto di un nostro quarto compagno, che ci ha aiutati a creare una nuova versione di robot, pensato per risolvere i problemi riscontrati nel modello precedente e quindi dobbiamo ringraziarlo molto per il supporto che ci ha fornito. 6

7 ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 3 NOME E STRUTTURA DEL ROBOT Nome: The Endless Runner Struttura: I componenti principali del robot sono: il brick 3 motori 2 sensori di luce 1 sensore ad ultrasuoni 1 sensore ad infrarossi 1 multiplexer 2 sensori auto costruiti per rilevare cortocircuito. 7

8 CAP. 4 MECCANICA Il brick (l unità centrale) è posizionato nella parte superiore, ed è inclinato leggermente, abbiamo infatti cercato di mantenere il peso più possibile spostato in avanti, così da facilitare la salita e per far si che l'asse di rotazione del robot sia nelle ruote anteriori dei cingoli Per muovere il robot abbiamo deciso di utilizzare i cingoli perché, soprattutto in salita, fanno più attrito, superano 8

9 ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE meglio gli ostacoli; abbiamo disposto le ruote all interno dei cingoli in modo da renderli più tesi possibile. Posteriormente è posta la pinza, che utilizziamo per catturare la vittima nella seconda parte della gara, essa è posta posteriormente cosicché il robot, quando prende la vittima, riesca a bilanciarsi meglio. La pinza è azionata da un solo motore, è costruita infatti per poter prima scendere e poi aprirsi con una solo movimento, per poi chiudersi ed alzarsi invertendo la rotazione del motore. 9

10 Anteriormente sono posti i sensori di luce, che servono per seguire la linea nera, la struttura con cui sono stati attaccati ci permette di poterli facilmente alzare, abbassare o allargare, stringere. Frontalmente abbiamo anche un paletto che utilizziamo per andare addosso ad una parete e raddrizzare il robot. 10

11 ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Il sensore ad Ultrasuoni è posto frontalmente mentre quello ad infrarossi lateralmente sulla destra. Vicino ai sensori di luce ci sono due filetti che toccano continuamente il terreno, essi ci servono per rilevare la striscia 11

12 di argento, essendo in alluminio infatti crea un corto circuito con questi filetti. Internamente è posto un multiplexer che ci permette di aumentare il numero di porte di input (sensori) da 4 a 7. Esso è alimentato con una batteria che si trova dietro al brick. Infine abbiamo creato un piccolo pendolo che si inclina quando il robot è in salita, utilizzando un metodo simile ai filetti anteriori, esso crea cortocircuito e quindi sappiamo di essere in salita. 12

13 ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 5 UNITÀ DI CONTROLLO Per costruire il nostro robot ci siamo serviti del kit della Lego Mindstorm NXT, fornito dalla scuola. L unità di controllo del robot viene chiamato NXT brick,le caratteristiche tecniche sono: microprocessore centrale a 48 MHz microcontroller a 4 MHz CSR BlueCore 4 Bluetooth 26 MHz Display LCD con matrice da pixel Può essere programmato usando Windows o Mac OS (NBC/NXC supporta anche Linux) Una sola porta USB 1.1 a piena velocità (12 Mbit/s) Connettività wireless Bluetooth (Classe II), per trasferire programmi all'nxt senza fili o per poter controllare il robot remotamente 4 porte di input per i sensori, estese a 7 perché utilizziamo un multiplexer. 3 porte di output per i motori Il brick è alimentato da una batteria Li-Ion ricaricabile. Nel nostro kit erano inclusi : Tre identici servo motori insieme ad ingranaggi di riduzione, assemblati con encoder di rotazione ottici interni che misurano la loro rotazione con un alto grado di accuratezza. Un sensore touch che rileva se è premuto, urtato, o rilasciato. Il pulsante arancione Enter e il pulsante grigio destro e sinistro possono essere programmati 13

14 per funzionare come sensori. Un valore 0 è dato quando non viene premuto, e un valore di 1 è dato se è premuto. Un sensore di luce che rileva il livello di luce in una direzione, e comprende anche un LED per l'illuminazione di un oggetto. Il sensore di luce in grado di percepire la luce ambientale con il LED impostato su off, oppure in grado di percepire la luce riflessa, con il LED impostato per generare luce. Un sensore sonoro che ha un microfono che può essere utilizzato per rilevare l'ampiezza di un suono. Utilizzando il sensore di suono, è possibile programmare un robot a muoversi quando si applaude Un sensore ad ultrasuoni in grado di misurare la distanza tra il sensore e un ostacolo, e di rilevare il movimento. Può mostrare la distanza sia in centimetri che in pollici. La distanza massima che può misurare è di 233 cm con una precisione di 3 centimetri. Per interfacciarci con il PC e per compilare i nostri programmi scritti in NCX utilizziamo Bricx Command Center. 14

15 ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 6 SENSORI Abbiamo dotato il nostro robot di: due sensori di luce che ci permettono di seguire la linea nera, essi infatti ci restituiscono una percentuale che aumenta all aumentare della luce riflessa. un sensore ad ultrasuoni che ci permette di rilevare qualsiasi cosa si trovi davanti a quest ultimo con una distanza massima di 255 cm e una precisione di 3 cm. Il sensore ci può fornire la distanza che rileva davanti sia in centimetri che in pollici. Questi 3 sensori erano tutti presenti nel kit base della Lego. Abbiamo, inoltre, un sensore ad infrarossi più preciso dell ultrasuoni, esso rileva una distanza massima di 80 cm. Abbiamo, infine, costruito due semplici sensori: Il primo ha due cavetti che sporgono in avanti e battono a terra e quando passano sopra alla lamina in alluminio chiudono il circuito e quindi ci accorgiamo ci essere sopra all argento. Il secondo ha un pendolo che quando il inclina (durante la salita) chiude il circuito e quindi sappiamo di essere in salita. 15

16 CAP. 7 ATTUATORI Tre identici servo motori insieme ad ingranaggi di riduzione, assemblati con encoder di rotazione ottici interni che misurano la loro rotazione con un alto grado di accuratezza. I tre motori sono stati presi dal kit di partenza della lego. Due di questi motori servono ad azionare i cingoli e quindi muovere l intera struttura del robot, mentre il terzo serve per azionare la pinza. 16

17 ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 8 AMBIENTE DI SVILUPPO Per scrivere e compilare i nostri programmi, abbiamo sempre utilizzato il programma Bricx Command Center, utilizzando il linguaggio di programmazione NXC. Questa non è stata una nostra scelta, in quanto è stata la scuola a fornirci i programmi ed il materiale necessario a cominciare la nostra esperienza. 17

18 CAP. 9 IL PROGRAMMA SOFTWARE Il programma del nostro robot utilizza un unico task il quale è suddiviso in due parti principali : la prima fase della gara che comprende l inseguitore di linea, il superamento ad ostacolo e la salita; e la seconda fase della gara che viene attivata nel momento il cui il robot riconosce di essere passato sopra alla lamina di alluminio e quindi comincia a cercare la vittima per poi posizionarla sopra alla pedana. La parte iniziale è racchiusa in un ciclo che ripete finché il robot non troverà l argento. All interno di questo ciclo ci sono svariate strutture di controllo quali: Se il sensore sinistro di luce rileva una gradazione di nero, allora il robot deve girare su se stesso verso sinistra Se il sensore destro di luce rileva una gradazione di nero, allora il robot deve girare su se stesso verso destra Se su entrambi i sensori di luce viene rilevato contemporaneamente nero, allora il robot comincia a fare dei controlli per capire in che direzione deve andare: inizialmente effettua un angolo di 90 su se stesso verso sinistra e se il sensore sinistro rileva nero, allora il robot ricomincia a seguire la linea; altrimenti comincia ad effettuare un angolo di 180 su se stesso verso destra e se con il sensore di luce destro trova nero, allora ricomincia a seguire la linea; altrimenti esegue un altro angolo di 90 a sinistra, va un pochino avanti e ricomincia ad eseguire tutti i controlli appena descritti. 18

19 ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Se il robot è andato avanti per 20 centimetri senza mai rilevare il nero. Per fare questo utilizziamo una funzionalità dei motori della Lego, che ci permettono ci sapere quanti gradi ha effettuato il motore andando avanti. Noi, con opportuni calcoli, convertiamo questa misura in centimetri, così possiamo sempre sapere quanta strada fa il nostro robot. Ogni qual volta il robot rileva nero noi azzeriamo questo contatore. Quindi quando si attiva questo metodo, vuol che il robot potrebbe aver perso la linea durante un interruzione di quest ultima. Comincia qui ad effettuare dei controlli per ritrovarla : esegue un angolo di 90 su se stesso verso sinistra e se con il sensore sinistro rileva nera allora riprende la linea, altrimenti esegue un angolo di 180 su se stesso verso destra e cerca la linea con il sensore destro, se non trova ancora niente, si riposiziona dritto e va avanti di pochi centimetri; quindi ricomincia ad effettuare tutti i controlli. Se il sensore ad ultrasuoni anteriore rileva qualcosa a meno di 10 centimetri di distanza sappiamo che c è un ostacolo. Per capire se superarlo a destra o a sinistra prima controlliamo con il sensore (dopo aver girato il robot a destra di 90 ) se rileva una distanza minore di 50 centimetri, in caso affermativo sappiamo che la parete dell arena è troppo vicina e quindi superiamo l ostacolo a sinistra. Il superamento è molto semplice e simmetrico per i due lati. Inizialmente il robot esegue in angolo di 90 su se stesso della direzione del superamento, poi avanza di 15 centimetri, poi esegue un altro angolo di 90 nella direzione opposta e avanza di 35 centimetri, infine esegue in angolo di 60 e comincia ad avanzare finché il sensore di luce destro 19

20 o sinistro (in base a dove abbiamo superato l ostacolo) non ritrova il nero, quindi ricomincia a seguire la linea. Se il pendolo appositamente costruito crea corto circuito per più di 3 secondi consecutivi allora sappiamo di essere in salita, a questo punto aumentiamo la potenza dei motori e inseguiamo la linea eseguendo curve meno brusche, in modo tale che il robot non slitti. Quando viene rilevato l argento inizia la seconda parte della gara suddivisa anch essa in due parti: La prima deve cercare la vittima, inizialmente il robot si raddrizza andando a sbattere contro la parete. Dopodiché comincia ad avanzare controllando alla sua destra, tramite il sensore ad infrarossi, se trova la vittima in tal caso effettua un angolo di 90 gradi, ed avanza finché non la rileva con il sensore ad ultrasuoni anteriore. Quindi aziona la pinza e prende la vittima. Successivamente il robot deve raggiungere la pedana per posizionare la lattina. Per fare questo il robot deve sapere in precedenza in quale angolo della stanza si trova la pedana. Infatti potrà eseguire 3 azioni differenti in base alla posizione della pedana. Le tre possibilità sono comunque molto simili tra lo, in tutti i casi il robot si raddrizza utilizzando come supporto la parete, poi si avvia nella direzione giusta in base a dove si trova la pedana. 20

21 ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 10 SORGENTE DI ALIMENTAZIONE Il brick è alimentato da una batteria ricaricabile che era presente nel kit della lego. Il multiplexer è alimentato da una batteria da 9 volt. 21

22 INDICE P.05 - CAP. 1 - DATI GENERALI P.06 - CAP. 2 - DATI DI CONTESTO E MOTIVAZIONE P.07 - CAP. 3 NOME E STRUTTURA DEL ROBOT P.08 - CAP. 4 MECCANICA P.13 - CAP. 5 UNITÀ DI CONTROLLO P.15 - CAP. 6 SENSORI P.16 - CAP. 7 ATTUATORI P.17 - CAP. 8 AMBIENTE DI SVILUPPO P.18 - CAP. 9 IL PROGRAMMA SOFTWARE P.21 - CAP. 10 SORGENTE DI ALIMENTAZIONE 22