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 Della squadra ONDA TEAM

2 Istituto Itts Vito Volterra San Donà di Piave 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:

3 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; 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.

4 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.

5 Autori ONDA TEAM PARTECIPA ALLA GARA DI Riva del Garda Istituto I.T.T.S. Vito Volterra Classe 4 B

6 CAP. 1 - DATI GENERALI COMPONENTI : PROVENIENZA : PROFESSORI : Favero Luca, Fuser Luca Alessio, Gambino Andrea, Pasqualini Alessandro, Ramon Alessandro I.T.T.S. VITO VOLTERRA Slepoi Daniele, Chiarot Ivano, Segatello Mirco RESPONSABILE: Segatello Mirco (indicazione dei componenti della squadra, istituto di provenienza, docente/i responsabile, altro )

7 Il Team : Fuser Luca Alessio Ramon Alessandro Pasqualini Alessandro Gambino Andrea Favero Luca

8 CAP. 2 - DATI DI CONTESTO E MOTIVAZIONE (Descrizione della storia della partecipazione alla Robocup Jr Italia. Chi ha lanciato l idea, chi l ha raccolta, dubbi, ostacoli e aiuti ricevuti, dalla scuola, dalle famiglie, da amici e supporters ) L'idea di partecipare alla competizione Robocup jr Italia è nata all'inizio di quest'anno, allorquando ci siamo iscritti al corso di robotica gestito dalla nostra scuola. In questa occasione il docente referente ci informò che se fossimo riusciti a realizzare un robot avremmo partecipato alla gara e, con entusiasmo, ci siamo messi al lavoro. In principio abbiamo realizzato un primo robot test, in seguito ci siamo divisi in due sottogruppi : 1 RAMON-PASQUALINI e 2 FUSER- FAVERO-GAMBINO realizzando un robot ciascuno. Il primo gruppo ha costruito il robot Wave 1, robot umanoide creato e progettato completamente da 0, mentre il secondo gruppo, ha utilizzato un robot ( Wave 2 ) creato secondo un progetto gia esistente. Durante la fase di sviluppo di entrambi i robot sono sorti diversi problemi, causati dal fatto che tutti i componenti della squadra sono studenti del triennio di informatica; tali problemi però sono sempre risolti autonomamente, studiando di volta in volta le varie problematiche ricercando per ognuna la soluzione più appropriata.

9 CAP. 3 NOME E STRUTTURA DEL ROBOT (A partire dalla scelta motivata del nome, illustrare dettagliatamente l architettura del robot anche mediante schemi a blocchi, in cui mettere in evidenza l interfaccia dell unità centrale (scheda madre, mattoncino ecc) con le periferiche.) Nello sviluppo del robot test che abbiamo inizialmente chiamato Wave, abbiamo deciso di chiamare la squadra con il nome Onda Team (Wave in inglese significa Onda) Una volta divisi in due sottogruppi, sono stati realizzati i seguenti robot. ROBOT WAVE 1 1-Busto 2-Gambe 3-Piedi

10 Scheda Gestione Servi Arduino Mega Scheda Alimentazione Servi (Max 17)

11 ROBOT WAVE 2 Struttura del robot : 2 - GAMBE 1 - BUSTO PIEDI Scheda Gestione Servi Arduino Servo-Motori

12 Scheda Alimentazione Servi Pulsante Reset Alimentazione Scheda Interruttore ON/OFF Pin Alimentazione Servi Totale servo-motori = 6 Arduino Duemilanove Scheda Gestione Servi con Arduino Duemilanove

13 CAP. 4 MECCANICA (Indicare le soluzioni meccaniche adottate, precisando la natura del contributo apportato al robot, eventuali modifiche ai kit, o soluzioni auto costruite. Ad esempio realizzazione o modifica del telaio, montaggio dei motori ecc. Per le realizzazioni particolari come ad esempio pinze, sistemi di trazione ecc. sarebbe bene illustrare la documentazione mediante foto o disegni CAD.) ROBOT WAVE 2 Wave 2 può essere suddiviso nei seguenti sottoblocchi : 1 Il busto Il busto è realizzato con 3 parti di lamiera di vetronite tagliate e saldate insieme, formando una struttura a parallelepipedo aperto da un lato. Ai lati del busto sono fissati due servo motori DYS S0209 con 4 viti ciascuno. Alle spalle del busto è stato fissato Arduino Duemilanove insieme alla scheda per l alimentazione dei servo motori. 2 Le gambe Le gambe sono state realizzate tagliando a forma ellittica due pezzi di lamiera di vetronite. A ciascuna è stato fissato un servo motore DYS S0209 che si collega, con un ulteriore lamina di vetronite, ai servomotori del busto costituendo di fatto, il ginocchio del robot indispensabile per la camminata del robot. 3 I piedi I piedi sono stati realizzati tagliando e modellando due lamine di vetronite a forma rettangolare per stabilizzare l'intera struttura. A ciascun piede è stato fissato un servo motore DYS S0209 che consente l'inclinazione a destra e a sinistra del robot.

14 ROBOT WAVE 1 Il Wave 1 è un umanoide costruito completamente in maniera artigianale. Come il Wave 2, esso si consta di 3 parti: 1-Il busto è realizzato completamente in alluminio, 6 lamine creano una struttura a parallelepipedo. Al busto vengono fissati 2 servo motori utilizzati per l oscillazione delle gambe. All interno del busto si trova Arduino 2009 e la scheda per l alimentazione dei servi. 2-Le gambe Le gambe sono state costruite utilizzando 4 servo motori, due per la funzione di ginocchio e due per la tipica articolazione della caviglia. Per costruire le gambe abbiamo dovuto costruire delle apposite staffe di alluminio e utilizzare delle placche in metallo per i servo motori. 3-I piedi I piedi sono realizzati tagliando e piegando due lamine di alluminio. All interno dei piedi, si trovano due porta batterie con 4 celle ognuno.

15 CAP. 5 UNITÀ DI CONTROLLO (Indicare l unità (o le unità) centrale adottata, precisando se si tratta di un kit o di una soluzione auto costruita. In questo caso indicare in apposita figura numerata e commentata, lo schema elettrico. Indicare in ogni caso i dati tecnici di cui si dispone, come ad esempio l alimentazione, il firmware necessario, eventuali requisiti, le modalità di interfaccia con il PC ecc. ROBOT WAVE 1 L unità di controllo scelta è stata Arduino Mega Microcontroller ATmega2560 Operating Voltage 5V Input Voltage (recommended) 7-12V Input Voltage (limits) 6-20V Digital I/O Pins 54 (of which 14 provide PWM output) Analog Input Pins 16 DC Current per I/O Pin 40 ma DC Current for 3.3V Pin 50 ma Flash Memory 256 KB of which 8 KB used by bootloader SRAM 8 KB

16 EEPROM Clock Speed 4 KB 16 MHz Alimentazione L alimentazione della scheda può avvenire attraverso USB oppure grazie ad un alimentazione esterna, la nostra scelta è ricaduta su di un alimentazione esterna. ROBOT WAVE 2 L unità di controllo usata è stata Arduino Duemilanove Microcontroller ATmega168 Operating Voltage 5V Input Voltage (recommended) 7-12V Input Voltage (limits) 6-20V Digital I/O Pins 14 (of which 6 provide PWM output) Analog Input Pins 6 DC Current per I/O Pin 40 ma DC Current for 3.3V Pin 50 ma Flash Memory 16 KB (ATmega168) or 32 KB

17 SRAM EEPROM Clock Speed (ATmega328) of which 2 KB used by bootloader 1 KB (ATmega168) or 2 KB (ATmega328) 512 bytes (ATmega168) or 1 KB (ATmega328) 16 MHz Comunicazione La Arduino Duemilanove ha una serie di funzioni predisposte per la comunicazione con un computer, un'altra scheda Arduino, o altri microprocessori. La ATmega168 fornisce una comunicazione seriale UART TTL (5V), ed è disponibile sui piedini digitali 0 (RX) e 1 (TX). Una FTDI FT232RL sulla scheda canalizza questa comunicazione seriale sulla USB ed i FTDI drivers (inclusi con il software Arduino) provvedono una porta com virtuale al software presente sul computer.

18 CAP. 6 SENSORI (Descrivere i sensori impiegati, il loro collegamento con l unità centrale, nel caso si tratti di sensori auto costruiti o sono stati significativamente modificati, allegare lo schema elettrico ed una breve descrizione. Se la natura meccanica del sensore è rilevante, aggiungere disegni cad o foto.) ROBOT WAVE 1 Il robot non ha sensori utilizzati per la sua funzionalità. ROBOT WAVE 2 Il robot non ha sensori utilizzati per la sua funzionalità.

19 CAP. 7 ATTUATORI (Descrivere gli attuatori impiegati, il loro collegamento con l unità centrale, nel caso si tratti di azionamenti auto costruiti allegare lo schema elettrico ed una breve descrizione. Nel caso gli azionamenti non siano stati documentati nella sezione relativa alla meccanica, inserire foto o disegni CAD.) Per entrambi i robot sono stati utilizzati servomotori DYS S0209 e GS-3630BB. ROBOT WAVE 1 servo motori DYS S0209 Peso: 38 g Alimentazione: da 4,8 Vdc a 6 Vdc Coppia di torsione: 3,5 kg/cm Velocità: 0,18 sec/60 Dimensioni: 41 x 20,1 x 38 mm. servo motori GS-3630BB Peso: 36 g Alimentazione: da 4,8 Vdc a 6 Vdc Coppia di torsione: 3,0 kg/cm Velocità: 0,16 sec/60 Dimensioni: 41 x 20,1 x 38 mm.

20 Collegamento con l'unità centrale : Ciascun servo è stato collegato alla scheda da noi realizzata per la gestione dei servo-motori. Dalla scheda di gestione, i 10+ segnali vengono portati in Arduino ai pin Digitali. ROBOT WAVE 2 Attuatori Impiegati : 6 servo motori DYS S0209 Peso: 38 g Alimentazione: da 4,8 Vdc a 6 Vdc Coppia di torsione: 3,5 kg/cm Velocità: 0,18 sec/60 Dimensioni: 41 x 20,1 x 38 mm. Collegamento con l'unità centrale : Ciascun servo è stato collegato alla scheda da noi realizzata per la gestione dei servo-motori. Dalla scheda di gestione, i 6 segnali vengono portati in Arduino ai pin Digitali.

21 CAP. 8 AMBIENTE DI SVILUPPO (Descrivere l ambiente di sviluppo impiegato ed il linguaggio di programmazione, precisandone la versione. Spiegare la motivazione della scelta.) Per sviluppare i software per pilotare i robot è stato utilizzato l ambiente di sviluppo Arduino Software con linguaggio di programmazione C, C++, scaricabile gratuitamente dal sito di Arduino (arduino.cc). La versione utilizzata è stata l ultima disponibile al download, ovvero la 1.0. La nostra scelta è ricaduta proprio su Arduino Software perché dopo aver valutato alcune altre alternative a questo ambiente di sviluppo ci siamo accorti che il migliore per sviluppare software per Arduino è proprio il tool offerto, anche viste le numerose librerie messe a disposizione del programmatore.

22 CAP. 9 IL PROGRAMMA SOFTWARE (Descrivere il software originale prodotto per implementare il robot (o i robot se più di uno). Per i linguaggi grafici si possono inserire le immagini di sezioni del programma.) Il software è stato sviluppato utilizzando la libreria Servo messa a disposizione dall ambiente di sviluppo Arduino Software. Il linguaggio usato è stato C#. Il software si basa sull utilizzo di una subroutine principale che esegue il movimento dei servi, prendendone uno alla volta e scandendo il movimento di un grado alla volta. Si allega una sezione del software di pilotaggio del Robot Wave2 void muovi(servo servo, int * servopos, int i, int inizio, int fine, boolean verso) { if (i>=inizio && i<=fine) { if (verso) ++(*servopos); else --(*servopos); servo.write((*servopos)); } } void setup() { Serial.begin(9600); Serial.println("VBat: " + (String) analogread(vbatpin)); delay(500); inizializzazionegruppiservo(); delay(500); Serial.println("inizializzazione servo"); servoinizializzazione();

23 Serial.println("Servi inizializzati"); delay(1000); Serial.println("posizionamento servo a 90"); servo90(); Serial.println("Servi a 90"); delay(2000); passoavanti(); } void loop() { } void servo90() { //servo sx; ancsx.write(ancsx90); cossx.write(cossx90); ginsx.write(ginsx90); cavsx.write(cavsx90); piesx.write(piesx90); ancsxpos = ancsx90; cossxpos = cossx90; ginsxpos = ginsx90; cavsxpos = cavsx90; piesxpos = piesx90; //servo dx ancdx.write(ancdx90); cosdx.write(cosdx90); gindx.write(gindx90); cavdx.write(cavdx90); piedx.write(piedx90); ancdxpos = ancdx90; cosdxpos = cosdx90; gindxpos = gindx90; cavdxpos = cavdx90; piedxpos = piedx90; }

24 CAP. 10 SORGENTE DI ALIMENTAZIONE (Precisare la o le fonti di alimentazione del robot, indicandone tensione nominale e (se nota) carica nominale.) Entrambi i robot posseggono schede di alimentazione auto costruite. ROBOT WAVE1 La scheda prende come sorgente di alimentazione 8 celle di tipo AA 1,5 V 2700mAh per un totale di 12V e grazie al convertitore DC/DC bob09370 si ha in output 6V 6A che sono forniti a tutti i servomotori e ad Arduino Mega ROBOT WAVE2 La scheda di alimentazione di questo robot ha come sorgente 6 celle da 1.2V 2700mAh per un totale di 7.2V e grazie ad un alimentatore switching si ottengono 5V 3A che sono forniti ad Arduino e a tutti i servomotori.

25 APPENDICE 1 LA COREOGRAFIA E I COSTUMI (SOLO PER DANCE) (Descrivere la coreografia della scena, indicando le soluzioni realizzative, materiali impiegati e basi musicali scelte. Generi da cui si è preso spunto: personaggi famosi, film, video-clip, video game e quant altro si vuole indicare per valorizzare il lavoro fatto) La canzone scelta è Levels remixata dal Dj Skrillex.

26 APPENDICE. (A PIACERE)

27 INDICE P.7 - CAP. 1 - DATI GENERALI P.9 - CAP. 2 - DATI DI CONTESTO E MOTIVAZIONE