FLL Maserati RELAZIONE TECNICA

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1 La nostra storia FLL Maserati RELAZIONE TECNICA Prima di parlare della meccanica del robot e delle missioni che dovrà compiere, pensiamo sia opportuno presentarci. Siamo un gruppo formato da ragazzi che frequentano la prima superiore di un Liceo Scientifico con opzione Scienze Applicate ad indirizzo informatico. La nostra insegnante ci ha presentato il progetto della FLL all inizio dell anno scolastico, e dopo varie discussioni, ci siamo rimboccati le maniche e, tra la fine di ottobre e l inizio di novembre, abbiamo iniziato a lavorare. Eravamo molto entusiasti ma, nello stesso tempo un po disorientati sul lavoro che dovevamo svolgere. Abbiamo letto insieme il regolamento e abbiamo cominciato a fare ipotesi sulle diverse missioni, cercando di dividerci il lavoro di progettazione meccanica e di creare dei software per le varie missioni. Man mano che il tempo passava ci chiarivamo sempre di più le idee su ciò che dovevamo progettare. Prima di tutto abbiamo dato una forma al nostro robot munendolo di cingoli al posto delle ruote, perché l idea era quella che così avesse la possibilità di superare degli ostacoli più agevolmente. Abbiamo ultimato il lavoro in circa tre mesi apportando continue migliorie alla meccanica del robot, provando e migliorando i software e grazie al robot, ma soprattutto al lavoro di squadra ci siamo classificati primi alla gara di Cuneo, risultato che ci ha permesso di qualificarci per la gara di Rovereto. Dopo questa grande opportunità abbiamo deciso di apportare qualche modifica al robot: lo abbiamo munito di cingoli più grossi e più larghi di quelli precedenti per cercare di far muovere il robot più velocemente. LA PROGRAMMAZIONE DELLE MISSIONI Per quanto riguarda le missioni che il robot deve compiere, abbiamo provato a svolgerle tutte e infine abbiamo scelto quelle che fanno guadagnare più punti e risultano eseguibili in modo ripetitivo dal tipo di robot che abbiamo costruito, scartando quelle meno redditizie in base anche al tempo limitato a disposizione. PROGETTAZIONE MECCANICA Abbiamo dedicato molto tempo alla progettazione meccanica a causa di continui cambiamenti strategici. All inizio ci siamo divisi in due gruppi e abbiamo costruito robot differenti, quindi abbiamo scelto quello che sembrava più affidabile, dopo aver fatto una serie di prove di movimentazione. Il robot che abbiamo costruito è dotato di cingoli. La scelta era stata fatta, come abbiamo già detto, perché l idea iniziale era quella di fare la missione di superamento degli ostacoli. Abbiamo acquistato dei nuovi cingoli più grossi rispetto quelli della gara di Cuneo per riuscire ad aumentare la velocità, che era un problema perché limitava il numero di missioni che riuscivamo a fare nel tempo previsto. Abbiamo costruito un altro robot per far superare la prova degli ostacoli, perché quello usato per le altre missioni non riusciva. Il problema che abbiamo riscontrato è che la meccanica che va bene per superare gli ostacoli non era quella giusta per guidare il robot con precisione nelle altre missioni. Infatti il robot che abbiamo costruito per superare gli ostacoli oltre ad essere dotato di cingoli è stato fornito anche di un ulteriore ruota motrice che lo aiuta a superare più facilmente gli ostacoli. Non potevamo usare lo stesso robot anche per la gara perché non abbiamo un brick che permetta di Istituto Istruzione Superiore A. Maserati Voghera - FLL Rovereto - a.s Pag. 1

2 pilotare più di 3 motori, bloccando i cingoli facendoli girare con un solo motore non riuscivamo più a far girare il robot. Il robot che usiamo nella gara è dotato di una benna che gli permette di afferrare e spostare gli oggetti. Inoltre ci sono altri componenti da montare durante la gara per svolgere le diverse missioni. Le missioni descritte di seguito sono quelle che abbiamo deciso di fare durante la gara, alcune che non faremo ma che abbiamo comunque programmato. Si possono vedere nel video allegato tutte le missioni provate, anche se di seguito non sono state descritte. PROGRAMMA 1 ( Camion ) Il robot si posiziona davanti al camion e lo trasporta in base. con benna alta; partenza nell angolo nord-ovest. Il robot parte inizialmente con la benna alta, si avvicina agli ostacoli, svolta di novanta gradi arriva al camion, si mette davanti a lui lo afferra e lo porta in base. PROGRAMMA 2 ( Tsunami-ambulanza_regolamento edilizio_batteria ) Il robot prende l ambulanza mentre con un gancio fa cadere le onde dello tsunami, quindi porta l ambulanza nell area gialla. Poi sposta la torre, la batteria e torna in base lasciando la torre nell area rossa. con benna bassa partenza nell angolo nord-ovest gancio Il robot parte con la benna bassa, si avvicina all ambulanza,fa cadere con un gancio le onde dopodiche porta l ambulanza all interno dell area gialla a destra della pista d atterraggio. Poi retrocede e va a prendere la torre, la porta nell area rosa, e allo stesso tempo prende la batteria. Poi torna in base. Istituto Istruzione Superiore A. Maserati Voghera - FLL Rovereto - a.s Pag. 2

3 PROGRAMMA 3 ( Recupero uomo ) Il robot recupera l omino verde. con benna alta e chiusa( con barra ) partenza nord-ovest Il robot va avanti,gira di 45 gradi a sinistra va avanti gira ancora di 45 gradi arriva davanti all uomo, abbassa la benna con la barra lo prende quindi torna alla base PROGRAMMA 4 ( Recupero cane _ gatto ) Il robot recupera il cane e il gatto. Meccanica : con benna bassa e chiusa ( con barra ) partenza sud-est Il robot avanza, gira, si avvicina al cane e al gatto e li spinge l uno contro l altro, alza la benna, li prende e li trascina in base. PROGRAMMA 5 ( Ramo d albero) Il robot colpisce la palma e fa cadere il ramo e recupera la torcia. Benna bassa aperta con gancio laterale. Partenza sud. Descrizione software: Il robot alza la benna e va avanti per colpire il ramo e farlo cadere. Poi continua avanti fino ad arrivare al livello della torcia. Si gira di poco verso destra per allinearsi e poi aggancia la torcia con un movimento verso sinistra. Alla fine torna alla base con la torcia. PROGRAMMA 6 ( Aereo_ acqua ) Il robot colpisce la leva che tiene l'aereo per farlo partire. Istituto Istruzione Superiore A. Maserati Voghera - FLL Rovereto - a.s Pag. 3

4 Benna bassa con l'aggiunta di un braccio orizzontale. Sul fianco destro del robot viene collegato un braccio verticale. Partenza sud-ovest a metà tra le righe della fine del campo di gioco e a sinistra della scritta national instruments. Descrizione software: Il robot va avanti e alza di poco la benna. Poi colpisce il pezzo della torre che tiene l'aereo per farlo partire. Contemporaneamente il braccio orizzontale aggancia la bottiglia d'acqua e poi torna alla base. PROGRAMMA 7 ( Missione Finale) Il robot porta tutti gli oggetti raccolti durante il corso delle missioni nella zona rossa. Niente benna Viene collegato un cesto sul retro per contenere tutti gli oggetti. Partenza nord-ovest. Descrizione software: Il robot va avanti di poco per poi girarsi subito verso sinistra e poi procedere tra la zona dell'ambulanza e la base dello tsunami. Dopo si gira di poco verso destra e continua ad andare avanti per poi colpire il segnale della freccia. Alla fine torna indietro di poco e girando verso destra continua dritto per entrare nella zona rossa. Scelte strategiche, tecniche e innovative: asse elettrico Durante le prove di movimentazione del robot ci siamo resi conto che il software scritto con i blocchi di base della lego presenta dei problemi sia per il controllo preciso della movimentazione contemporanea di 2 motori, sia per l arresto, poiché il motore ha delle oscillazioni prima di finire il movimento in posizione. I due motori, pur funzionando contemporaneamente quando il comando è identico, si muovono in realtà non sincronizzati. Questo è dovuto al fatto che i motori non sono perfettamente uguali, che per il processo di usura e invecchiamento gli ingranaggi interni sono consumati e quindi diversi, per cui uno può essere più duro. Essendo i due motori sulla trazione uno per lato, i due movimenti leggermente diversi provocano come conseguenza che il robot non segue i percorsi esattamente programmati. Istituto Istruzione Superiore A. Maserati Voghera - FLL Rovereto - a.s Pag. 4

5 Il nostro robot per il tipo di meccanica progettata richiede necessariamente due motori indipendenti per poter fare tutte le movimentazioni. L insegnante ci ha suggerito un metodo per realizzare quello che si chiama asse elettrico, che consiste nel fare un programma che obbliga il secondo motore (C) a seguire esattamente il movimento del primo (B), effettuando una correzione quando questo non succede. Abbiamo creato 2 blocchi, uno per il comando del motore B, l altro per forzare il motore C ad inseguirlo. Il programma di comando di C deve girare contemporaneamente a tutto il resto del software di comando della movimentazione. Quindi utilizziamo la possibilità del software NXT di fare una programmazione parallela. Il blocco PIDBC muove il motore C contemporeaneamente a B con questo fgunzionamento. Legge il trasduttore di posizione (encoder) di B e quello di C,dato che il motore B si sta muovendo anche il suo encoder gira. Il motore C è fermo e così il suo encoder. Facendo la differenza fra le due posizioni degli encoder si trova un valore che andrà a pilotare il motore C. Si introducono dei parametri per permettere ai 2 motori di andare a velocità diversa (sterzatura). Descrizione dei blocchi: lettura della sterzatura dal blocco di comando di B lettura dell encoder B prodotto della sterzatura per il valore dell encoder B per ottenere il comando posizione C lettura dell encoder C differenza fra i 2 valori confronto della differenza con 0 per creare la direzione del movimento moltiplicazione della differenza per una costante che serve a ridurre il tempo impiegato da C per raggiungere B. Occorre limitare questo valore altrimenti l asse C non riuscirà mai a terminare il movimento (pendola). In questo modo è stato creato un controllo proporzionale di un motore.con questo valore si comanda in velocità (potenza) il motore E evidente che il motore C seguirà B, quindi se B rallenta anche C rallenta. Istituto Istruzione Superiore A. Maserati Voghera - FLL Rovereto - a.s Pag. 5

6 Nel caso in cui C rallentasse aumenta la differenza fra i 2 encoder per cui viene aumentata la velocità di C. Il valore della variabile sterzatura deve essere: 1 se i 2 motori devono andare alla stessa velocità e nella stessa direziuone -1 se i 2 motori devono andare alla stessa velocità ma con direzione opposta da 0 a 2 stessa direzione ma velocità diversa La sterzatura aumenta o diminuisce il vaolre letto dall encoder di C e quindi C girerà di più o di meno rispetto a B. Il blocco MotoreBC serve per il comando del motore B. Funziona in questo modo. Viene resettata la quota attuale di entrambi i motori B e C tramite il blocco rotazione, che permette di leggere il valore attuale del sensore di rotazione di ogni motore. Questo serve a fare in modo che ogni movimento sia incrementale, cioè riferito all ultima posizione raggiunta. Una variabile viene impostata per essere utilizzata dal blocco PIDBC. Vengono quindi impostati per il motore B i parametri direzione per determinare il suo senso di rotazione potenza per determinare la velocità durata per determinare la rotazione in gradi Per creare i nuovi blocchi abbiamo selezionato i programmi scritti e, tramite il menù Modifica Crea un nuovo Il mio blocco abbiamo definito il simbolo del blocco e l abbiamo salvato. Per copiarlo da un PC all altro li dobbiamo cercare nella cartella con il percorso indicato in figura. Istituto Istruzione Superiore A. Maserati Voghera - FLL Rovereto - a.s Pag. 6

7 Ringraziamenti Ringraziamo per aver collaborato al nostro progetto con modalità diverse: Università degli studi di Pavia Dipartimento di Scienze della Terra e dell Ambiente Museo Elettrico Università degli studi di Pavia Insegnanti di Scienze delle classi 1SC e 2SC dell Istituto Maserati Ditta Elca System (sig. Franco Cavallaro) di Casei Gerola Il Centro regionale di pronto intervento della Protezione Civile di Milano Componenti del gruppo: Simone Caslotti Luca Fraticola Gabriele Furuli Matteo Maggi Riccardo Magnani Marco Martimucci Andrea Scorza Mohamed Shady Edoardo Torti Allenatori Maria Grazia Gallo Franco Cavallaro Istituto Istruzione Superiore A. Maserati Voghera - FLL Rovereto - a.s Pag. 7