DOCUMENTAZIONE Isovak Team classe 3D Liceo Scientifico Tecnologico IISS Galilei Bolzano
L'istituto L'istituto Galileo Galilei di Bolzano ( http://www.iisgalilei.bz.it/iisgalilei/ ) ha da sempre la sua vocazione nel settore delle scienze e delle tecnologie, ben rappresentata dalla compresenza di tre tipologie di scuola (professionale, tecnica e liceale). Il Liceo Scientifico Tecnologico ( ulteriori informazioni al sito http://www.iisgalilei.bz.it/itilstgalilei/ ), aperto nel 1994, ha raccolto l'esperienza e i laboratori dello storico Istituto Tecnico Industriale, in una sinergia che continua tuttora. Le prime esperienze con il mondo dei robot della Lego risalgono al 2009: un corso di aggiornamento organizzato dall Istituto Pedagogico di Bolzano presso l'istituto Rainerum è sfociato in un'area di progetto con una classe quinta sull intelligenza artificiale e la robotica; con questa classe abbiamo anche partecipato alla manifestazione Discovery on film a Rovereto, dove abbiamo potuto vedere alcune esperienze stimolanti da parte di altre scuole. L'interesse dimostrato dagli studenti e la validità di questo approccio didattico ci ha portato ad inserire questa attività nella programmazione didattica della disciplina informatica della classe terza del Liceo Scientifico Tecnologico e ora anche in alcune classi dell ITI, ad indirizzo telecomunicazioni. Questa attività facilita l'apprendimento delle prime basi di programmazione, contribuisce a formare una visione sistemica nella soluzione di problemi ed è molto motivante per gli alunni. Infatti è molto divertente, permette di lavorare in gruppo e di realizzare un prodotto graticante. Dopo aver seguito con interesse gli sviluppi di questo settore nei diversi ordini di scuola, ci presentiamo quest'anno per la prima volta alla RoboCupJunior come coronamento di un serio impegno da parte degli studenti della classe 3D LST e soprattutto di quelli di questa squadra. Speriamo di maturare esperienze e di incontrare altre realtà di questo mondo così stimolante.
La squadra La squadra è composta da 4 alunni della classe 3D del liceo scientifico tecnologico Galileo Galilei di Bolzano: Dietmar Cavosi Matteo De Marchi David Forti Francesco Spagnolo Il nome del nostro gruppo, Isovak, non è altro che il cognome di Dietmar al contrario, già utilizzato, per altri nostri progetti. Il progetto sarebbe stato irrealizzabile senza la collaborazione della prof.ssa Macola, che ha messo a nostra disposizione il laboratorio di informatica. Ci ha inoltre assistito durante la costruzione e la programmazione del robot. Da sinistra: Dietmar Cavosi, David Forti, Francesco Spagnolo, Matteo De Marchi.
Il programma del nostro Istituto per la classe terza prevede l utilizzo di NXT e dei kit della Lego. Studiando la storia dei computer siamo venuti a conoscenza di questa gara tra robot, su cui inizialmente abbiamo molto fantasticato. Successivamente, dopo la costruzione del nostro primo robot (EXPLORER), abbiamo pensato che, forse, avremmo potuto avere qualche speranza alla RoboCupJunior, nonostante fossimo a conoscenza del fatto che avrebbero partecipato scuole con moltissima esperienza in questo campo. Tuttavia non ci siamo rassegnati e ci siamo iscritti. Ci siamo organizzati per svolgere le diverse attività, seguendo le attitudini e le capacità specifiche di ognuno di noi: Matteo ha costruito il robot: grazie alla sua fantasia e alle sue capacità costruttive, ha realizzato un robot originale, finalizzato nella struttura a realizzare i compiti previsti dalla competizione Rescue. Si è occupato, insieme a David e alla professoressa Macola, delle foto e di questa documentazione. Dietmar ha fatto da supervisore: si è occupato sia della parte meccanica che della parte informatica. Lui infatti ha già avuto esperienze con NXT, in quanto ne possiede uno già da parecchi anni, con molti sensori più avanzati rispetto a quelli che possediamo a scuola. Con il Lego propriamente detto, l'esperienza maggiore la ha Matteo. In ogni caso, tutti abbiamo avuto delle esperienze con le costruzioni della LEGO, poiché nella nostra infanzia, e spero anche in quella di altri, questo gioco ha avuto una sua parte importante. David e Francesco si sono concentrati esclusivamente sulla programmazione, dimostrando di padroneggiare gli strumenti logici e di saper gestire le interazioni tra ambiente e sensori in modo (quasi) sempre efficacie. Sono aiutati in questo da esperienze pregresse in altri ambienti di programmazione.
Il primo progetto Il primo robot che abbiamo costruito è stato un explorer. Questo robot, grazie ai 3 sensori di contatto frontali, 1 sensore ad ultrasuoni e uno di luce riflessa, riesce a muoversi in un ambiente con ostacoli senza cadere da un tavolo. Il sensore ad ultrasuoni in alto, permette al robot di identificare a quale distanza si trovi l ostacolo, in modo da evitarlo; la testa di questo robot può ruotare di 90 a destra e a sinistra, in modo da scegliere il percorso (verso destra o verso sinistra) con l'ostacolo a una distanza maggiore. L unico neo di questa struttura, era il fatto che non avrebbe potuto fermarsi dinanzi a ostacoli bassi. Per ovviare a questo problema, abbiamo posizionato tre sensori di contatto sulla parte frontale del robot, con opportuni paraurti, in modo che se avesse sbattuto a destra, davanti o a sinistra se ne sarebbe accorto. Alla base c è inoltre un sensore di luce riflessa rivolto verso il basso che permette al robot, se si fosse trovato su un precipizio, di non cadere. I numerosi sensori sono gestiti da due NXT che comunicano tra loro con il bluetooth. Questo robot è stato mostrato, insieme ad altri, prodotti dalla nostra classe, durante le giornate delle Poste Aperte presso il nostro Istituto, attirando l interesse e la simpatia dei possibili futuri studenti e dei loro genitori. Genera sempre stupore vedere come riesce a districarsi in situazioni diverse, manifestando un comportamento quasi intelligente. Verso la RoboCupJunior Per la Robocup abbiamo costruito un nuovo modello: abbiamo scelto di utilizzare un unico NXT per non appesantire la struttura, anche se questo limita il numero di motori e sensori collegabili. Attraverso le varie mail, il forum e il sito della RoboCup siamo entrati nello spirito della competizione, ma un aspetto decisivo è stato l incontro organizzato presso l'istituto Rainerum. Ad esso erano presenti anche scuole di Trento: per noi più che una gara è stata una prova di coraggio.
Siamo arrivati con un robot programmato la mattina di quello stesso giorno, quindi non testato a sufficienza. Nonostante questo, abbiamo provato a gareggiare e i risultati sono stati più che soddisfacenti, dato che non siamo arrivati ultimi fra le squadre partecipanti quel giorno e il robot si è comportato bene per risolvere i problemi per cui era stato programmato. Questa giornata è stata molto utile, perché abbiamo compreso il potenziale delle altre squadre e dei loro robot; inoltre abbiamo capito meglio come si sarebbe svolta la robocup e i non pochi problemi che avremmo dovuto risolvere. Struttura del robot Il robot si muove grazie ad un sistema cingolato, evidente in questa immagine di profilo, attivato da due motori originali LEGO Mindstorm,. Il motore superiore attiva il carrello elevatore con le pinze e contemporaneamente aziona lo switch (visibile in primo piano avvolto nel cordino bianco e rosso) del sistema pneumatico che apre e chiude le pinze.
Il robot è dotato di un carrello elevatore, sul quale sono posizionate le pinze che stringeranno la vittima per poi sollevarla. Queste sono attivate da un sistema pneumatico in base allo schema lato. Ecco una foto dall alto delle pinze comandate dai due pistoncini pneumatici; il cordino bianco e rosso serve per coordinare il movimento del comando pneumatico con i movimenti del carrello elevatore. Tutto il sistema è regolato da un solo motore, che, attivando tre diversi argani, prende, solleva e rilascia la vittima. Un argano è dedicato al movimento verticale del carrello elevatore.
Gli altri due argani, grazie a leve e carrucole, deviano, tramite la cloche visibile sulla destra, la pressione dell'aria compressa, contenuta in un serbatoio o prodotta da un piccolo compressore (anch'esso interamente in LEGO, messo a punto dall'isovak team). La struttura del robot è completata da due sensori di luce posti a breve distanza e rivolti verso il basso, che permettono di individuare e seguire la linea nera. Questa soluzione permette di programmare in modo abbastanza semplice la soluzione di questo problema. Ci sono poi un sensore ad ultrasuoni e un altro sensore di luce che permettono di rilevare gli ostacoli frontali e di individuare la vittima. Ambiente di sviluppo In ambito scolastico abbiamo utilizzato il sistema di programmazione grafico per NXT e quindi abbiamo continuato ad utilizzarlo anche per questa manifestazione. Su problemi di dimensioni maggiori, però, non è sempre facile da gestire. Tuttavia abbiamo realizzato questo progetto nell ambiente grafico, ripromettendoci di esplorarne altri quando le nostre competenze di programmazione saranno cresciute.
Il programma Allo stato attuale stiamo ancora lavorando al programma. La foto sottostante ne rappresenta la parte necessaria per seguire la linea nera. E stato testato sul nostro robot durante le prove al Rainerum e si è rivelato alquanto efficace. Gli altri blocchi sono in via di perfezionamento. Ci sembra di aver risolto il problema della potenza, abbastanza elevata per affrontare la rampa ma non troppo, per permettere la rilevazione della linea nera da parte dei sensori negli angoli retti. Sarà poi necessario tarare sul posto i sensori di luce per riconoscere la linea riflettente dell entrata nell ultima stanza e per distinguere la vittima dalle pareti.