Rete di scuole per la ROBOCUP JR ITALIA ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Della squadra T4AT Istituto ITIS A.Rossi VICENZA
T4AT PARTECIPA ALLA GARA DANCE Istituto ITIS A.Rossi Classe 5 AT 3 BT
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 1 - DATI GENERALI Istituto di Provenienza: ITIS A.Rossi Vicenza Componenti della squadra: Classe 5 AT: - Anversa Gianluca - Bertato Damiano - Giacomelli Marco Classe 3 BT: - Cocco Mattia - Dall Amico Marco - Gammarotta Francesco Docenti accompagnatori/responsabili: - Prof. Vodola Donato - Prof. Andriolo Stefano 3
CAP. 2 - DATI DI CONTESTO E MOTIVAZIONE MOTIVAZIONE Con l esperienza conseguita l anno scorso partecipando alle gare nazionali e alla competizione mondiale tenutesi rispettivamente a Catania e a Istanbul il team denominato T4AT ha deciso, con l appoggio della scuola e dei professori, di gareggiare alla competizione di Riva del Garda alla ricerca di nuovi stimoli per gli anni futuri. Il nostro principale obbiettivo per quest anno, oltre ad apprendere nuove conoscenze, è divertirci e far divertire il pubblico. A differenza dell anno passato il gruppo è stato ampliato con tre ragazzi di terza del nostro istituto, che però sono alle prime armi, per dare una continuità al progetto nei prossimi anni. SCELTE FORMATIVE Dopo la competizione di Istanbul abbiamo deciso, vedendo i robot in quell occasione, di procedere alla costruzione di un auto-costruito che a livello pratico è molto più complicato in quanto presenta notevoli difficoltà per quando riguarda la meccanica e le scelte di piattaforme di programmazione. Altro problema non indifferente sono i costi elevati che un progetto simile suscita. Di fronte a questo primo ostacolo la scuola e aziende esterne ad essa ci sono venute incontro a livello economico per sostenere in parte le spese.
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE PROBLEMI SCENOGRAFICI Abbiamo anche deciso di presentare una scenografia sul retro del palco per rendere migliore l effetto visivo della performance. Nel campo grafico, non essendo molto pratici in esso, abbiamo contattato due nostre amiche di un istituto artistico di Vicenza che volentieri ci hanno aiutato a realizzare le nostre idee. 5
CAP. 3 NOME E STRUTTURA DEL ROBOT - Robovie X Nome: ROB, abbreviazione di ROBOT Tipo e modello: Robovie-X della V-stone Caratteristiche principali: 17 servo motori, molto potenti, con rotazioni di 180 così da riuscire a sollevare anche il peso del robot stesso(1.3kg). Accessori: robot dotato di una periferica di controllo a distanza con attacco di tipo PlayStation2 wireless. Struttura: lo scheletro è interamente in alluminio. - Robot auto-costruiti Nomi: Stefan & Skyler, nomi dei cantanti della canzone principale Tipo: auto-costruito Caratteristiche principali: dotati di 11 servo motori per la simulazione di movimenti umani, nella parte superiore. La base, invece, è dotata di due moto-riduttori. L unità di controllo può essere divisa in due parti in quanto le due schede principali, Polulu e Arduino, comunicano fra di loro ma lavorano in parallelo.
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE Struttura: la base è in alluminio ed il resto del telaio è composto da dischi di plexiglass per conferire rigidità al robot e gli arti superiori sono composti dall assemblaggio di servo e parti in alluminio. CAP. 4 MECCANICA La meccanica degli arti superiori dei due autocostruiti consiste nel collegamento tra un servo e l altro. Per fare questo abbiamo utilizzato dei pezzi in alluminio di una determinata sezione. La maggiore difficoltà è stata trovare un metodo efficace e ingegnoso per rendere simili i movimenti del robot a quelli umani. Per esempio abbiamo creato una spalla con due gradi di libertà per ottenere sia la rotazione sullo stesso asse sia un movimento circolatorio rispetto allo stesso. 7
CAP. 5 UNITÀ DI CONTROLLO - Arduino - Descrizione: Per il controllo generale del robot auto costruito abbiamo utilizzato una scheda open source denominata Arduino questa scheda è una piattaforma molto interessante per lo sviluppo di prototipi a livello scolastico in quanto presenta a bordo molte interfacce di qualsiasi tipo e per tutte le applicazioni di tipo elettronico/robotico. Caratteristiche: - Ingressi/uscite digitali: 54 pin di cui 13 pwm; - Ingressi analogici: 8; - Stabilizzatori di tensione a 5V e 3,3V; - Alimentazione di ingresso: da 7V a 15V; - Alta compatibilità con shield polifunzionali apposite; - Linguaggio di programmazione: listato in C Shield aggiuntive: Abbiamo accessoriato il nostro Arduino con una shield di gestione di motori in DC. Per questa funzionalità la shield è dotata di un Ponte H ed è in grado di controllare due motori separatamente con correnti massime di un ampère per ogni canale.
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE - Pololu Maestro Descrizione: Per il controllo, nello specifico, dei servomotori abbiamo designato una piccola scheda che predispone una programmazione a se ed è in grado di gestire molti servomotori. In proporzione alle dimensioni della scheda la sue potenzialità sono molto ampie. Caratteristiche: - Alimentazione esterna: da 5V a 16V; - Servo-motori controllabili: 24/18/12/6 - Alimentazione servo-motori: da 4.8V a 6V - Controllo USB - Linguaggio di programmazione: tipo visuale o listato in C 9
CAP. 6 SENSORI Sensori utilizzati: 2 CNY70 per robot Descrizioni sensori: Questi sensori sono composti da un led infrarosso e da fototransistor. Ad essi abbiamo messo un alta resistenza di pull-down e abbiamo estratto il segnale portandolo su uno degli ingressi analogici di Arduino. Facendo ciò possiamo rilevare a livello software la differenza degli ingressi a seconda di che colore è la superficie sottostante ad essi. Eseguendo un operazione di comparazione fra i due valori comandiamo i motori della nostra base. Montaggio: Il circuito del sensore (allegato di seguito) è stato progettato su PCB che successivamente abbiamo sviluppato con il processo fotolitografico. Per agganciarlo sulla parte inferiore del robot abbiamo forato la scheda stampato e abbiamo inserito dei dadi e rispettivi bulloni per distanziare in modo preciso i sensori rispetto alla superficie sottostante.
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 7 ATTUATORI - Robovie-X Il robot umanoide Robovie-X è dotato di 17 servo motori del modello VS-SO92J con le seguenti caratteristiche: I servo motori sono cablati sulla scheda del robot ma non si è analizzato il suo schema elettrico anche dato che non si sono apportate modifiche. 11
- Robot auto costruiti Per i robot auto-costruiti sono stati usati vari tipi di servomotori che sono stati cablati sulla Pololu Maestro. Il dimensionamento dei servo è stato fatto in base alle forze in gioco visto che le leve degli altri superiori sono molto lunghe e perciò sviluppano notevoli momenti. TABELLA CON LE CARATTERISTICHE DEI MOTORI
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 8 AMBIENTE DI SVILUPPO PROGRAMMAZIONE: VISUALE - Robovie-X Consente tramite l apposito programma, di impostare il movimento di ogni motore per mezzo di cursori MOTIVAZIONI: semplicità,intuitività e funzionalità della programmazione scelta. - Robot Auto-costruiti PROGRAMMAZIONE: LISTATO & VISUALE La prima tipologia viene usata su Arduino con un linguaggio simile al C derivante da esso. Per quanto riguarda la parte visuale viene impiegata sulla Pololu Maestro tramite dei settaggi e dei cursori riusciamo a impostare gli angoli dei servo per ogni movimento che devono fare. MOTIVAZIONE: linguaggio C conoscenza approfondita di questo linguaggio e semplicità del programma da eseguire. Visuale complessità del programma e funzionalità del programma scelto. 13
CAP. 9 IL PROGRAMMA SOFTWARE - Robovie-maker 2 - Programma già in dotazione con il robot che permette una programmazione a blocchi in linguaggio visuale. La creazione del software per l umanoide procede con il settaggio, per ogni blocco, del valore della rotazione di tutti i motori presenti. Successivamente si sceglie il tempo con cui il robot deve eseguire i movimenti sincronici con la musica. Il programma inoltre è dotato di un interfaccia per eseguire in tempo reale il movimento di un singolo motore o una sequenza di movimenti in modo autonomo. La programmazione di per sé relativamente facile, richiede però necessaria attenzione a evitare il blocco dei motori. Terminata la programmazione si procede a inserire il programma all interno della memoria del robot attraverso la seguente interfaccia:
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE - Arduino - Il software per i nostri auto-costruiti è gestito dalla scheda Arduino ed è composto principalmente da tre blocchi di azioni assegnati a sezioni di pista da noi delimitate. A seconda della parte della pista in cui è il robot deve eseguire determinate azioni che vengono richiamate all interno di uno switch da funzioni esterne al programma da noi create. La funzione switch perciò gestirà un numero di azioni pari al numero delle sezioni presenti sulla pista. 1 Blocco: E il blocco principale. Gestisce i motori della base e li fa muovere in base ai valori che il microcontrollore acquisisce dai sensori. 15
2 Blocco: E il controllo delle sezioni. Il programma analizzerà tramite delle linee perpendicolare sul palco in che sezioni si trova. Incrementa un contatore software e sorpassa la linea onde evitare di leggere più volte la stessa linea. 3 BLOCCO: Gestisce l attivazione dell alimentazione della scheda Polulu agendo da controllo su un relè posizionato tra la batteria e l alimentazione della scheda tramite un BJT BD135 polarizzato in modalità ON/OFF.
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE CAP. 10 SORGENTE DI ALIMENTAZIONE - Robovie-X Il robot Robovie-X è dotato di un pacco batterie da 7V. Il valore a piena carica è leggermente più alto (circa 7.6V) del valore nominale. Il robot riesce ad eseguire i comandi in modo corretto fino ad un valore di carica di circa 6V. - Robot auto-costruiti - Abbiamo dotato il robot di una batteria del tipo Lipo da 11,1 V a tre celle ma abbiamo avuto la necessità di avere tre tensioni a 9, a 6 e a 5 V rispettivamente per i led alta luminosità rossi, per i servo-motori e per gli RGB. Abbiamo costruito due schede mille-fori come raffigurato nelle foto seguenti. Sono stati usati i seguenti integrati: - 7805 : stabilizzatore a 5V / 1,5A - 7809 : stabilizzatore a 9V / 1,5A - LM338 : stabilizzatore variabile 6V / 5-7A 17
CAP. 11 COMUNICAZIONI ROBOVIE-X TIPI di Connessione usate: a) Cavo MINI-USB b) Joystick wireless ANALISI delle unità di controllo: a) Cavo del Tipo mini-usb che viene collegato nel connettore apposito posto nella sommità del robot. Finalità: - questo tipo di connessione viene utilizzata durante la programmazione del robot mediante un programma apposito allegato (Robomaker 2) - viene utilizzata anche per la prova in tempo reale dei movimenti del robot. b) Il Joystick viene utilizzato ad inizio gara per la partenza del robot (inizializzazione). Il robot, per essere fatto partire dal controller, deve avere all interno un programma impostato adeguatamente attraverso Robomaker 2. Questo accessorio presenta un connettore inserito nell apposito slot incorporato nella parte anteriore del Robot del tipo Playstation 2 wireless con frequenza di 2.4GHz.
ROBOCUP JR ITALIA 2012 Riva del Garda (TN) 19-21 aprile REPORT DI DOCUMENTAZIONE APPENDICE 1 LA COREOGRAFIA E I COSTUMI La coreografia rappresenta una grande festa, un party dove tutti ballano. Come basi musicali sono state scelte The Time dei Black Eyed Peas e Party Rock Anthem degli LMFAO. La prima canzone è nella parte iniziale della coreografia e rappresenta l attesa della festa che inizia con la seconda canzone, in contemporanea con un orologio le cui lancette indicano l inizio della festa. La canzoni sono state mixate e adattate per creare la giusta coreografia. Lo sfondo della scenografia è attivo, ovvero si aprono delle porte da cui escono tre robot. I primi due, gli auto costruiti, usciranno assieme nella prima parte della coreografia e nella seconda, all inizio di Party Rock uscirà anche il terzo robot, Rob l umanoide, e inizieranno così a ballare tutti assieme. I due robot auto costruiti Skyler e Stefan, rappresentano i due cantati del videoclip della seconda canzone, infatti saranno vestiti per assomigliare a loro. L idea complessiva per questa scenografia è stata scelta da noi, in quanto volevamo trovare un modo per sorprendere il pubblico e per fare una festa dato che è l ultimo anno, per noi studenti di quinta, per partecipare alla RobocupJR. La scenografia è stata costruita assemblando pannelli di compensato 90cmx90cm con l obbiettivo di creare uno sfondo di ambientazione per i robot, richiamando il videoclip della canzone. La scenografia rappresenta l ambientazione di una città. I pannelli sono stati tagliati e modificati per permettere loro di sostenersi da soli e per creare le tre porte di uscita dei robot, automatizzate tramite componenti Lego con NXT. 19
INDICE CAP.1 DATI GERALI P.3 CAP.2 DATI DI CONTESTO E MOTIV. P.4-5 CAP.3 NOME E STRUTTURA P.6-7 CAP.4 MECCANICA P.7 CAP.5 UNITA DI CONTROLLO P.8-9 CAP.6 SENSORI P.3 CAP.7 ATTUATORI P.11-12 CAP.1 AMBIENTE DI SVILUPPO P.13 CAP.1 PROGRAMMA SOTWARE P.14-16 CAP.1 SORGENTI DI ALIMENTAZIONE P.17 CAP.1 COMUNICAZIONI P.18 COREOGRAFIA E COSTRUMI P.19-20