Rete di scuole per la ROBOCUP JR ITALIA ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE della squadra GruzanteSoccer ITIS C. Zuccante - Mestre
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
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 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
Luppino Andrea Marini Andrea Zuccolin Matteo Gruzante Soccer PARTECIPA ALLA GARA DI Soccer B ITIS C. Zuccante - Mestre Classe 4 a ISA 4
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 1 - DATI GENERALI Istituto di provenienza Istituto Tecnico Industriale Statale C. Zuccante Mestre (VE) Componenti della squadra Luppino Andrea Capitano / Aiuto Programmatore Marini Andrea Meccanico / Aiuto Programmatore Zuccolin Matteo Programmatore Docenti responsabili Callegarin Giuseppe Memo Alessandro 5
CAP. 2 - DATI DI CONTESTO E MOTIVAZIONE Abbiamo deciso di partecipare alla competizione Robocup Junior 2012 per cercare di dimostrare le nostre capacità. L iniziativa ci è stata proposta dal prof. Callegarin, anche se alcuni di noi avevano già partecipato alla precedente edizione in categorie e team differenti. Quest anno abbiamo deciso di provare ad attuare tutte le piccole considerazioni emerse dalla nostra passata esperienza terminata con un mediocre risultato. Anche se le nostre teste erano piene di ottime idee molte non sono state realizzate per svariati motivi: Impossibilità di trovare le componenti Mancanza di tempo Limiti fisici Limiti economici Per esempio inizialmente puntavamo ad utilizzare un kicker come caratteristica fondamentale dell attaccante, tuttavia abbiamo dovuto rinunciare e ripiegare ad un semplice meccanismo trattieni-palla regolamentare (roller). Differente destino è capitato al portiere le cui idee iniziali si sono quasi completamente sviluppate. A parte queste piccole quisquiglie in ambito meccanico, prontamente risolte dal nostro progettista Marini, per quanto riguarda il versante software non abbiamo riscontrato particolari problematiche, anzi. Prima di partecipare alla gara di Riva del Garda, un componente della squadra ha partecipato alla gara regionale tenutasi all istituto A. Rossi di Vicenza classificandosi primo. Questo 6
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE risultato,tuttavia, non ha condizionato il nostro spirito competitivo e ci ha fatto capire i limiti dei nostri robot come anche quelli dei nostri concorrenti. 7
CAP. 3 NOME E STRUTTURA DEL ROBOT La squadra di gioco, come da regolamento è composta da due robot a cui sono stati assegnati due ruoli distinti: l attaccante il cui scopo è inseguire la palla e, una volta averne preso il possesso, cercare di portarla in goal; Lo scopo del portiere invece è quello di parare i tiri tentati dagli avversari, cercando di rimanere nella propria area. Ma nel caso faccia anche qualche goal non ci dispiace per niente. Nei prossimi capitoli sono descritte le strutture dei due robot e anche le tattiche di gioco utilizzate. 8
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 4 MECCANICA L a struttura dei due robot è formata principalmente dai due motori posti nella parte anteriore. Questi sono fissati saldamente tra di loro dato che sono anche la colonna portante della basetta nxt, posta dietro ad essi. I sensori impiegati sono collegati di fronte alla basetta (nel caso del sensore ad infrarossi) oppure più in alto per evitare interferenze (bussola). Sia nel portiere che nell attaccante sono presenti 4 ruote motrici, disposte circa allo stesso modo. Sono stati utilizzati degli ingranaggi per aumentare la velocità di movimento dei robot. L attaccante nella parte anteriore prevede un sistema di rolling della palla, formato da un terzo motore che facendo una rotazione in senso opposto alla palla ne permette la trattenuta. Per montare tutta la struttura sono stati utilizzati quasi esclusivamente blocchetti forniti nel kit base lego NXT, ad esclusione di un compensato che inscrive il robot. Il diametro nel caso dell attaccante è di 20 cm invece quello del portiere è leggermente più grande essendo di 21.5 cm. La scelta di utilizzare questo pezzo di legno circolare ha portato alcune migliorie: Aumento peso dei giocatori Abbassamento del baricentro Diminuzione della possibilità di essere ribaltati dagli avversari. Nella parte anteriore del legno dell attaccante è stata ritagliata una rientranza a forma di mezzaluna regolamentare, grazie alla quale la trattenuta della palla è più efficiente. La stessa scelta 9
non è stata effettuata nel portiere dato che è quasi inutile far trattenere ad esso la palla. Quindi si è deciso di tagliare la parte anteriore a forma di pala di uno spazzaneve, a nostro parere in questo modo dovrebbe essere più facile respingere la palla ( scopo principale del portiere ) e resistere ai possibili contrasti in area. 10
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 5 UNITÀ DI CONTROLLO Come unità centrale dei robot, abbiamo scelto di utilizzare la basetta programmabile NXT prodotta dalla lego. Per funzionare necessità di una tensione pari 7.4 V facilmente ottenibile da alcune batterie stilo oppure attraverso batterie ricaricabili facilmente reperibili. Ambedue le basette utilizzate montano l ultimo firmware disponibile, cioè la versione 1.31. Nel blocchetto NXT V2 sono disponibili 3 uscite che permettono il controllo di motori e 4 ingressi mediante i quasi è possibile ricevere valori dai sensori. Nel caso queste 7 porte non bastassero è possibile ampliarle utilizzando tecniche di multiplexing. 11
CAP. 6 SENSORI I sensori che abbiano utilizzato nei due robot sono stati: NXT Irseeker V2 è il sensore più importante di tutti, perchè grazie a questo è possibile individuare gli impulsi inviati dalla palla. Mediante l utilizzo di una funzione precisa si può evitare l interferenza della luce solare. Compass Sensor (LEGO), grazie a questo sensore utilizzabile come bussola siamo stati in grado di elaborare gli algoritmi che caratterizzano l attaccante e soprattutto evitare autogoal. UltraSonic Sensor (LEGO), un sensore ad ultrasuoni è utilissimo per rendersi conto degli oggetti presenti di fronte al portiere/attaccante. Grazie ad esso siamo stati in grado di capire quando eravamo in possesso della palla oppure quando era in corso una collisione contro un muro. Light Sensor (LEGO), il sensore di luce è stato utilizzato per rilevare la presenza di una linea bianca e di conseguenza attuare un determinato comportamento. I prodotti elecanti in precedenza sono tutti forniti dalla lego eccetto il primo prodotto da hitechnic. I due robot, in ambito utilizzo sensori, hanno un unica differenza: il portiere possiede il sensore di luce invece l attaccante no. Abbiamo attuato questa scelta perchè a parere nostro era superfluo tenere conto delle linee oltrepassante anche per l attaccante. 12
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 7 ATTUATORI I motori che abbiamo scelto di utilizzare sono il modello base fornito nel pacchetto lego NXT. Il modello presente in figura non è stato utilizzato solo per far muovere gli automi, anzi è stato anche utilissimo per la crezione del sistema di rolling che permette all attaccante di trattenere la palla. Per quanto riguarda la comunicazione tra basetta nxt motori, il collegamento avviene mediante l utilizzo di cavi ( stile seriali) forniti nel kit base. 13
CAP. 8 AMBIENTE DI SVILUPPO Esistono svariati linguaggi utilizzabili per la programmazione delle basette NXT. Tra l ampia scelta noi abbiamo deciso di utilizzare NXC ( Not exacly C ) che presenta una struttura c-like. Il suddetto linguaggio è migliore rispetto ad altri per alcuni motivi ( a parere nostro ) : Ottima documentazione Eccelente gestione del multithreading Possibilità di utilizzo diretto di funzioni assembly L ambiente utilizzato per scrivere/compilare i programmi è stato Brick Command Center 3.3. Questo IDE oltre a permettere la creazione di programmi include anche multeplici tools che permettono un interazione diretta con i robot( controllo diretto motori, ecc.. ) 14
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 9 IL PROGRAMMA SOFTWARE Ambedue i programmi, attaccante e portiere, iniziano con alcuni define che servono per utilizzare in modo più comodo i sensori oppure per impostare dei limiti ad essi, per esempio ecco l inizio del sorgente del portiere: #define IRSEEKER S2 #define COMPASS S3 #define CLOSE_COMPASS 25 Abbiamo deciso di utilizzare la tecnica di programma chiamata multithreading, cioè all interno del nostro processo ci sono differenti linee di esecuzione ( thread ). Grazie alla programmazione concorrente è possibile rendere più tempestivo e fluido il movimento dei giocatori. Infatti abbiamo deciso di creare un thread che si occupa soltanto di leggere i valori dei sensori, che vengono utilizzati da un altro thread che gestisce i motori. Il codice del suddetto thread è : task sensori(){ while(true){ irda=sensorhtirseeker2addr(irseeker, 0x49); compass_now=sensorhtcompass(compass)+1000; NumOut(0,LCD_LINE2,compass_now); NumOut(2,1,compass_init); Wait(100); ClearScreen(); } } Ovviamente si potrebbe eliminare le funzioni di debug (NumOut). 15
ANALISI TATTICA ATTACCANTE L attaccante come prima cosa cerca di impossessarsi della palla, quando il sonar settato appositamente segna il valore prestabilito e il sensore ad infrarossi segna 5 vuol dire che abbiamo la palla. Una volta presa la palla, utilizzando la bussola si sposta verso la porta avversaria. Nel caso in cui perdesse la palla inizierà nuovamente (in automatico) la funzione che si ocuupa di garantire il possesso di palla. ANALISI TATTICA PORTIERE Il portiere è dotato di un sensore di luce mediante il quale deve accorgersi si sta uscendo dalla propria area, e in tal caso tornare indietro. Quando si trova nella sua area si muove sempre verso la palla e se la trova vicina accelera. Nel caso in cui un robot avversario mentre entra in area spinge il nostro portiere, questo farà lo stesso anche se dovrebbe essere fischiato fallo agli avversari. Per evitare autogoal è presente inoltre una funzione che permette di capire la nostra direzione (nostra porta / porta avversaria) bool MyGoal(){ if( (compass_init-close_compass)<compass_now && (compass_init+close_compass)>compass_now) return false; int diff=compass_init-compass_now; if( (abs(diff)>180-close_compass && abs(diff)<180+close_compass )) return true; return false; } 16
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Avevamo anche ipotizzato di utilizzare una comunicazione bluetooth tra i due giocatori, ma infine abbiamo deciso di lasciar perdere quest idea per concentrarci meglio su altri piccoli ma importanti particolari. 17
CAP. 10 SORGENTE DI ALIMENTAZIONE I due robot sono alimentati da batterie ricaricabili al litio della Lego da 1500 mah e 2200 mah. Abbiamo pensato di non utilizzare batterie supplementari ma solo di riserva. 18
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE RINGRAZIAMENTI Come conclusione di questa documentazione ci teniamo a fare alcuni ringraziamenti. Prima di tutto un grazie alla scuola per averci fornito questa possibilità di avvicinarci al mondo della robotica e anche per tutto il materiale che ci ha messo a disposizione. Un ruolo importante è stato rivestito anche dalle nostre famiglie che ci hanno supportato ma anche aiutato nel reperire alcuni componenti ( per esempio il papà del nostro progettista che è riuscito a procurarci in tempi record due splendidi compensati). Vada come vada si può dire che per noi è stata una bella esperienza e saremmo pronti a consigliarla a tutti i nostri compagni. 19
INDICE P.5 - CAP. 1 - DATI GENERALI P.6 - CAP.2 - DATI DI CONTESTO E MOTIVAZIONE P.8 - CAP. 3 - NOME E STRUTTURA DEL ROBOT P.9 - CAP. 4 - MECCANICA P.11 - CAP. 5 - UNITÀ DI CONTROLLO P.12 - CAP. 6 - SENSORI P.13 - CAP. 7 - ATTUATORI P.14 - CAP. 8 - AMBIENTE DI SVILUPPO P.15 - CAP. 9 - IL PROGRAMMA SOFTWARE P.18 - CAP. 10 - SORGENTE DI ALIMENTAZIONE P.19 - RINGRAZIAMENTI 20