Rete di scuole per la ROBOCUP JR ITALIA ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Della squadra Beta Ray 2 (Alpha Ray) Team Istituto Antonio Tambosi
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 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; 3
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.
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Scritto da: Andrea Pedron e Stefano Prestia (con la collaborazione di Moreno Plaku e Ivan Martini) BETA RAY 2 TEAM PARTECIPA ALLA GARA DI Rescue A Istituto A.Tambosi (Trento) Classi 2A/4IC 5
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 1 - DATI GENERALI (indicazione dei componenti della squadra, istituto di provenienza, docente/i responsabile, altro ) Siamo 4 studenti (Ivan Martini, Moreno Plaku, Andrea Pedron, Stefano Prestia), dell istituto commerciale Antonio Tambosi, prossimi a raggiungere la maggior età; frequentiamo il 2 e il 4 anno di Liceo Informatico Gestionale, Moreno e Ivan frequentano la classe 2A e gli altri 2 frequentano la classe 4IC. Da buoni programmatori il nostro fondamento è quello di lavorare in squadra; per questo dopo un periodo di ambientazione ci siamo dati, in modo molto naturale, dei ruoli ben precisi: Ivan: è stato democraticamente eletto caposquadra per le più svariate motivazioni, è un punto di riferimento sul quale potersi appoggiare ed ha tutte le doti per riuscire a coordinare lo staff nel miglior modo possibile. 7
Stefano: Magy (come lo chiamiamo noi) è la mascotte della squadra, diciamo che il suo compito principale è quello di ottimizzare e stringere il codice implementato un po grezzamente, e migliorare anche quello che è il sistema hardware. È stato il nostro caposquadra nell edizione precedente. Andrea: si occupa principalmente di tutto quello che sta dietro al team, come questo report, e quest anno è parte attiva dell organizzazione della manifestazione, essendo l amministratore del sito, della pagina FB e insieme al prof.scopelliti fa in modo che ogni studente del Tambosi si senta partecipe all evento di Riva del Garda (ad esempio indicendo un votazione per la scelta del logo). Moreno: il suo compito principale è quello di dare sostegno morale alla squadra, intervenendo spesso con geniali idee, fondamentali per il completamento del programma.
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 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 ) La prima gara alla quale il nostro istituto ha preso parte, è stata la 2 edizione della RoboCupJr Italia, svoltasi in quel di Vicenza. L idea è stata lanciata dal docente Tommaso Scarano, assistente del laboratorio di scienze, che si è preso questo impegno, raccogliendo le iscrizioni al corso pomeridiano svoltosi all interno dell Istituto, facendoci da guida per i primi tempi ed infine a selezionare i potenziali team. Ci ha introdotto alla programmazione degli NXT e ci ha fornito di tutte le competenze necessarie per andare avanti autonomamente anche se, come in tutte le cose, ai primi tentativi ci sono state difficoltà a livello tecnico e concettuale. La preside Francesca Carampin, invece, ha fornito al corso di robotica tutti i mezzi economici necessari per poter acquistare nuova attrezzatura e per finanziare gli spostamenti. 9
La scelta di frequentare questo corso, è stata fatta per la maggior parte di noi allo scopo di soddisfare le proprie curiosità personali, anche se dopo il canonico periodo di ambientamento ci siamo resi conto che quello che facevamo ci piaceva davvero. Vivendo molteplici esperienze fuori dal laboratorio di chimica ci sentiamo di dire che questo progetto ha fatto esponenzialmente crescere le nostre conoscenze in molti campi non solo in quello della robotica, ma perfino in quelli culturali e storici visitando città a noi sconosciute, allargando sempre più i nostri orizzonti. Ormai questo per alcuni di noi è il terzo anno, per altri il secondo; siamo diventati un punto di riferimento per i nuovi iscritti al corso ormai rinomato all interno della scuola, ed un punto di forza per i nostri insegnanti che hanno molto fiducia in noi, affidandoci talvolta compiti complessi.
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 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.) Il nome che abbiamo dato al nostro robot è Alpha Ray. Questo appellativo è stato dato al team per sottolineare la stretta collaborazione con i Beta Ray (L altro team di rescue del nostro istituto). Infatti due dei componenti (Andrea e Stefano), fanno parte anche dei Beta Ray. Il nostro amico è composto da un NXT Brick, alla quale sono collegati: 4 sensori: sensore di luce x 2 sensore di ultrasuoni x 1 sensore di prossimità EOPD [Electro-Optical Proximity Detector] x 1 e 3 motori: 2 per i cingoli 1 per la pinza 11
Usiamo un solo motore per la pinza in quanto siamo riusciti a fare in modo che il robot possa recuperare la lattina facendo uso di un sistema che sfrutta la forza degli ingranaggi per compiere un movimento doppio: abbassamento o sollevamento del braccio meccanico, e chiusura o apertura della pinza. Il software della centralina NXT è già stato preinstallato dalla casa produttrice. Le funzioni principali che svolge sono quelle di consentire all utente di interagire visivamente con i vari sensori e motori (per controllare i parametri rilevati da ciascuno di essi, calibrare i vari motori ecc..) dell automa, e la gestione dei blocchi di programmazione caricati su di esso.
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 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.) La macchina utilizza solo materiale della Lego Mindstorm. La trazione è costituita da due motori che danno la coppia motrice a due assi anteriori. La trasmissione alle ruote portate avviene a cinghia. I cingoli sovrintendono sia alla trasmissione che al contatto con il terreno. La possibilità di rotazione è ottenuta come per i cingolati con il verso di rotazione dei cingoli. Per la costruzione del Beta Ray ( e dell omonimo BetaRay2) sono stati utilizzati più pezzi presi da diversi kit della Lego, senza l ausilio di materiali di altre marche. L ultima versione del robot ha avuto la aggiunta dei cingoli, in quanto, quella precedente montava delle ruote e creava dei problemi per il superamento della salita, inoltre abbiamo spostato il baricentro con dei pesi di piombo, sempre della Lego, per aver maggior attrito in pendenza. Anche la pinza è stata oggetto di numerose modifiche al fine di avere una presa più precisa e più forte della lattina. 13
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. Come detto in precedenza, la nostra unità centrale è un comune NXT Brick della LEGO. Esso è dotato di un display LCD con matrice 100x64 pixel, una porta USB 1.1 full speed (velocità di trasmissione 12 Mbit/s), 4 porte di input con piattaforma digitale a 6 cavi RJ12 alle quali è possibile collegare i sensori o altri dispositivi di input, 3 porte di output. Inoltre il brick è dotato di un microprocessore centrale ARM7TDMI a 48 MHz e 32-bit: è una CPU RISC progettata dalla ARM, basata sull architettura ARM v4t ed è stata studiata per dispositivi mobili e a bassa potenza. Questo processore supporta istruzioni a 32-bit e a 16-bit attraverso, rispettivamente, i set di istruzioni ARM e Thumb. Inoltre il microprocessore è supportato da 256 KBytes di memoria flash e 64 Kbytes di memoria RAM. L NXT viene connesso al computer sul quale tramite USB si può programmare.
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 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.) Utilizzo dei sensori: - sensori di luce emettono una luce rossa, che riflessa viene interpretata dai sensori stessi. Per avere più precisione nel seguire la linea, usiamo due di questi sensori. - sensore di ultrasuoni sfrutta gli ultrasuoni per far rimbalzare il segnale sugli oggetti, per poi catturarlo nuovamente e misurare le distanze. Lo usiamo per il riconoscimento dell ostacolo o delle relative pareti, il riconoscimento della lattina e dello zoccolo. - sensore EOPD (sensore di prossimità) è un particolare sensore che emette luce, ed è in grado di misurare le distanze. Lo usiamo per riconoscere la banda di carta stagnola alla fine della salita, al fine di saper dire con esattezza quando cominciare la manovra di ricerca della lattina nella terza stanza. 15
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.) Abbiamo utilizzato 3 attuatori standard della LEGO (Kit 9797.)
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 8 AMBIENTE DI SVILUPPO (Descrivere l ambiente di sviluppo impiegato ed il linguaggio di programmazione, precisandone la versione. Spiegare la motivazione della scelta.) Tutti i membri del team, lavorano su dei laptop appartenenti alla scuola. Essi hanno installato il sistema operativo Windows Vista. Il software utilizzato per la programmazione è fornito dalla stessa LEGO ed è un programma ad oggetti, chiamato NXT programming software. Abbiamo deciso di utilizzare l NXT programming software, in quanto molto schematico, semplice da capire e capace di fornire agli utenti un implementazione precisa quanto quella di un linguaggio a codice. La versione del firmware utilizzata è la 1.31. 17
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 programma MAIN è comprensivo dei seguenti sottoprogrammi suddivisi in base alle stanze: segui linea, blocco ostacolo e terza stanza (divisa a sua volta in ProvaSpirale, MettiLattina). Ogni parte di queste divisioni è stata messa in un blocco per rendere il programma più compatto. Blocco ostacolo: contiene i movimenti che il robot deve fare per superare l ostacolo con dei controlli di distanza. ProvaSpirale: contiene i movimenti di individuazione della lattina che verrà trovata attraverso una ricerca a spirale. MettiLattina: Contiene i movimenti che il robot dovrà fare dopo aver preso la lattina per posizionarla sulla piattaforma nera.
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 10 SORGENTE DI ALIMENTAZIONE (Precisare la o le fonti di alimentazione del robot, indicandone tensione nominale e (se nota) carica nominale.) La fonte di alimentazione del nostro Lego NXT è una batteria Li-Po ricaricabile, attraverso apposito alimentatore (10V DC), con tensione a 7.4V (2100mAH). Questa batteria è stata progettata appositamente per il mattoncino programmabile Lego. APPENDICE CAP. 11 CONSIDERAZIONI E CONCLUSIONE Essendo il nostro Istituto organizzatore dell evento, oltre al corso ordinario tenutosi al lunedì pomeriggio, abbiamo avuto la possibilità di dare un ulteriore sguardo verso la realtà che ci circonda attraverso conferenze stampa, confronti e chiarimenti con studenti di lingua straniera in svariati campi, compiti a scadenza, etc. ampliando il nostro bagaglio di conoscenze e competenze (il cosiddetto know-how ). Pensiamo poi, che la robotica ormai non sia più quel manifesto futurista della nuova umanità rappresentata a fine anni 70 dalla saga di Star Wars, ma ormai una meta sempre più vicina a noi dove la scienza incontra la società. Per questo, e per molto altro, vogliamo fare un caloroso ringraziamento a chi ci ha seguito in questo lungo e tortuoso cammino fatto di amari sconfitte e dolci soddisfazioni. 19
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 21
INDICE P.7 - CAP. 1 - DATI GENERALI P.9 - CAP. 2 - DATI DI CONTESTO E MOTIVAZIONE P.11 - CAP. 3 - NOME E STRUTTURA DEL ROBOT P.13 - CAP. 4 - MECCANICA P.14 - 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 - PROGRAMMA SOFTWARE P.19 - CAP. 10 - SORGENTE DI ALIMENTAZIONE P.19 - CAP. 11 - CONSIDERAZIONI E CONCLUSIONE P.20 - CAP. \ - FOTO VARIE
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE 23