Rete di scuole per la
ROBOCUP JR ITALIA
ROBOCUP JR
ITALIA 2011
Catania 14-16 aprile
REPORT DI DOCUMENTAZIONE
della squadra DANCE
dell’Istituto ITIS
G.B.Pininfarina di
Moncalieri (Torino)
ROBOCUP JR ITALIA 2011 - Catania 14-16 aprile
REPORT DI DOCUMENTAZIONE
IL NOSTRO
ISTITUTO
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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:
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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 prevederà 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.
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RICERCATORI ASSOCIATI – portano nella Rete il loro
contributo scientifico di alto livello. Partecipano di diritto
al Gruppo Tecnico e un loro rappresentante al Comitato
di Gestione (senza diritto di voto).
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.
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Mairone Lorenzo
Marchese Antonio
Alessio Roberto
Russo Matteo
Russotto Andrea
PININ DANCE
PARTECIPA ALLA GARA DI
DANCE
Classi 4Ainfo-5Ainfo5Ainfo-5CTele
REPORT DI DOCUMENTAZIONE
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1- DATI GENERALI
Componenti della squadra:
Mairone Lorenzo ITIS Pininfarina V C Tele
Marchese Antonio ITIS Pininfarina V A Info
Alessio Roberto ITIS Pininfarina V B Info
Russo Matteo ITIS Pininfarina IV A Info
Russotto Andrea ITIS Pininfarina IV A Info
Docenti responsabili:
Iacobelli Cesare
Spano Antonio
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CAP. 2 - DATI DI CONTESTO E MOTIVAZIONE
L’idea di partecipare alla Robocup JR è stata raccolta e
sviluppata già a partire in anni passati dai nostri attuali
docenti responsabili, che cercano ogni volta di far
chiarezza su ogni nostro dubbio.
Il nostro gruppo è composto da studenti che hanno
partecipato l’anno scorso e da altri che partecipano per
la prima volta quest’anno.
Il nostro istituto di provenienza, l’I.T.I.S. Pininfarina di
Moncalieri, mette a disposizione alcune ore fuori l’orario
scolastico per la realizzazione di progetti di eccellenza;
tra questi la realizzazione e programmazione di robot.
Tutto ciò con lo scopo di confrontare il nostro lavoro con
quello di altre scuole d’Italia, partecipando alla RoboCup
junior.
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CAP. 3 - NOME E STRUTTURA DEL ROBOT
Abbiamo deciso di attribuire al nostro corpo di ballo,
composto da 3 robot, il nome di “Pinin Dance”.
E’ stata presa questa scelta sia per ricordare il nome del
nostro istituto di provenienza, che per continuare la
tradizione dei nomi dati ai robot negli anni scorsi.
I robot che si esibiranno saranno in totale tre, di cui uno
auto costruito (composto da parti metalliche non
appartenenti a nessun kit) e due LEGO.
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Questi ultimi sono identici, e sono composti da:
•
•
•
•
•
•
N^1 Motore centrale che si occupa del
movimento delle due ruote matrici.
N^2 Motori laterali che si occupano del
movimento delle braccia.
N^1 Unità centrale (NXT), che conterrà il
programma principale.
N^1 Microfono.
N^2 Sensori di luce.
Vari componenti LEGO.
FIGURA 1 I DUE ROBOT LEGO
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Qui di seguito mostriamo lo schema a blocchi relativo ai
robot LEGO:
FIGURA 2 SCHEMA A BLOCCHI ROBOT LEGO
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FIGURA 3 DUE VISTE DEI ROBOT LEGO
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Il robot auto costruito è formato da:
•
•
•
•
•
•
•
N^2 Motori che si occupano del movimento delle
due ruote motrici (avanti, indietro, destra e
sinistra) .
N^2 Motori laterali che si occupano del
movimento delle braccia (ruotando in avanti di
360 °).
N^1 Unità centrale (ArduinoUno), che conterrà il
programma principale.
N^1 Microfono pre-amplificato (per far si che
fornisca delle tensioni compatibili con gli ingressi
di ArduinoUno).
N^2 Sensori a infrarossi.
N^1 Pannello fotovoltaico (utilizzato per
alimentare il robot)
Varie piastre in rame di vetronite da noi disegnati
e tagliati.
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FIGURA 4 PRIMO PROGETTO ROBOT AUTOCOSTRUITO
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Qui di seguito mostriamo lo schema a blocchi relativo al
robot auto costruito:
FIGURA 5 SCHEMA A BLOCCHI DEL ROBOT AUTOCOSTRUITO
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FIGURA 6 ROBOT IN COSTRUZIONE CON PROCESSORE E PANNELLI
La struttura del robot è fatta di lamiera di rame con
all’interno tutte le componenti elettroniche. All’esterno
saranno
presenti
pannelli
fotovoltaici
per
l’alimentazione. Il tutto verrà parzialmente “vestito”
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FIGURA 7 ROBOT IN COSTRUZIONE
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CAP. 4 - MECCANICA
Nel nostro progetto sono stati impiegati 3 robot.
Due di questi (figura 1) sono stati montati utilizzando
pezzi, motori e sensori (figura 2) appartenenti al
corrispettivo kit Mindstorm-NXT, senza apportare alcuna
modifica a quest’ultimo.
FIGURA 8 IL KIT NXT DELLA LEGO
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FIGURA 9 UNO DEI ROBOT LEGO
FIGURA 10 ROBOT LEGO
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L’altro roboti, invece, è stato realizzato senza alcun kit.
Il telaio è stato costruito utilizzando delle piastre di rame
in vetronite (figura 3).
FIGURA 11 COSTRUZIONE ROBOT CON PIASTRE RAME
Anche il rivestimento esterno è in piastre di lamiera di rame
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I motori e alcuni sensori (figura 4), invece, sono stati
acquistati a parte dal sito www.futuraelettronica.it
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FIGURA 12 SENSOREI AUTOCOSTRUITI
Altri sensori sono stati autocostruiti. Partendo da un
progetto di schema e tracciando le piste sulle basette.
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FIGURA 13 SCHEMA PER TRACCIATURA PISTA
FIGURA 14 UN SENSORE COSTRUITO
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FIGURA 15 SCHEMI ELETTRICI SENSORI AUTOCOSTRUITI
Il primo schema in alto rappresenta l’amplificatore
necessario per il segnale prelevato dal microfono.
Lo schema in alto a destra è lo schema elettrico del
partitore di tensione che serve a diminuire
l’alimentazione da 9 volt a 5 volt.
Lo schema elettrico in basso a sinistra è lo schema di
collegamento tra il pannello solare e la batteria di
riserva. Lo schema in basso a destra invece è il
circuito di condizionamento del sensore cny70.
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CAP. 5 - UNITÀ DI CONTROLLO
Le unità centrali adottate sono l’NXT, un computer che
coordina un comportamento programmabile.
Possiede 3 porte di uscita per il collegamento dei motori
e 4 porte d’ingresso per il collegamento dei sensori.
Sono alimentati da una batteria ricaricabile ai polimeri
Li-Io (da 200 mA/h) e si interfacciano con il pc tramite
cavo USB utilizzando il programma NXT Software V1.1
per interfacciare il robot con il PC.
FIGURA 16 MATTONCINO INTELLIGENTE DELLA LEGO
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Per quanto riguarda l’auto costruito, possiede una unità
centrale costituita da una scheda a microcontrollore:
Arduino Mega come in figura 5.
L’alimentazione avviene tramite batteria da 9V. Esso si si
interfaccia con il pc tramite connessione USB e il
firmware utilizzato è quello standard della scheda.
Figura 5
Input motori
P
or
te
p
er
i
se
Interfaccia
USB
Alimentazione
Porte per i sensori
FIGURA 17 ARDUINO MEGA
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CAP. 6 - SENSORI
I sensori utilizzati nei robot Mindstorm-NXT sono
collegati all’unità centrale tramite connettore standard,
e appartengono al kit.
Essi sono:
• Di suono, permettendo al robot di reagire ai
livelli audio
• Di luce, in modo di reagire ai cambiamenti di
luminosità e colore.
I sensori utilizzati nell’auto costruito sono invece
collegati all’unità centrale tramite cavi elettrici e non
sono stati modificati.
Essi sono:
• Di suono, permettendo al robot di reagire ai
livelli audio
• Di luce, in modo di reagire ai cambiamenti di
luminosità e colore.
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FIGURA 18 UN SENSORE IN COSTRUZIONE
Di seguito gli schemi elettrici dei var sensori e
componenti elettrici
Il primo schema rappresenta l’amplificatore necessario
per il segnale prelevato dal microfono
FIGURA 19 SCHEMA AMPLIFICATORE
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Il seguente schema è lo schema elettrico del
partitore di tensione che serve a diminuire
l’alimentazione da 9 volt a 5 volt.
FIGURA 20 PARTITORE DI TENSIONE
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Questo è lo schema di collegamento tra il pannello
solare e la batteria di riserva.
FIGURA 21 COLLEGAMENTO PANNELLO SOLARE E BATTERIE
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Questo è il circuito di condizionamento del sensore
cny70.
FIGURA
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CIRCUITO
CONDIZIONAMENTO
SENSORE
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CAP. 7 - ATTUATORI
I motori utilizzati nei
appartengono ai kit LEGO.
robot
FIGURA 23 MOTORE DELL'NXT
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Mindstorm-NXT
Nell’auto costruito vi sono invece sono servomotori
alimentati a 6 volt che raggiungono una velocità
massima di 0.16 sec/60°, collegati direttamente con le
ruote
FIGURA 24 SERVOMOTORE ATTACCATO ALLA RUOTA
FIGURA 25 COPPIA DI RUOTE CON I SERVOMOTORI
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Ogni servomotore viene poi collegato ad una uscita
dell’Arduino e comandato da esso.
FIGURA 26 CONNESSIONE SERVOMOTORE ALL'ARDUINO
Glii attuatori comanderanno anche i led luminosi in
dotazione al robt autocostruito. Questi si accenderanno
e spegneranno a tempo di musica. comandati sempre
dall’arduino.
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FIGURA 27 LED LUMINOSI
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FIGURA 28 UN'ALTRA TIPOLOGIA DI LED USATA
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CAP. 8 - AMBIENTE DI SVILUPPO.
Mindstorm-NXT (LEGO):
L’ambiente di sviluppo impiegato per la creazione dei
programmi è BricxCC, programmando in NXC.
FIGURA 29 AMBIENTE BRICXCC PER NXC
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ArduinoUno (auto costruito):
L’ambiente di sviluppo impiegato per la creazione dei
programmi è Processing, programmando in C.
FIGURA 30 AMBIENTE SVILUPPO ARDUINO
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FIGURA 31 ESEMPIO DI PROGRAMMA SCRITTO IN C DI ARDUINO
Abbiamo scelto di programmare in C perché esso
rispecchia la base di programmazione più comune alle
due tipologie di robot da noi ideate.
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CAP. 9 - IL PROGRAMMA SOFTWARE
Entrambi i robot (auto costruito ed NXT) sono dotati di
programmi analoghi dal punto di vista della logica, anche se
sviluppati in ambienti di programmazione diversi.
Il programma è composto da un ciclo infinito al cui interno
vengono controllati gli stati di tutti i sensori.
Ciclo Infinito
Controllo sensori
di luce
Controllo sensori
di suono
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Un modulo controlla il sensore di luce, con lo scopo di
verificare che il robot non esca dal perimetro di gara.
Un altro modulo controlla il sensore di suono verificando la
soglia di intensità della musica, regolando il movimento delle
braccia e delle ruote.
Esempio di programma utilizzato negli NXT per la gestione
delle luci.
#include "NXCDefs.h"
#define x 50
#define light_sx SENSOR_4
#define light_dx SENSOR_1
Dichiarazione
librerie
task main()
{
SetSensorLight(IN_1);
SetSensorLight(IN_4);
Dichiarazione
sensori
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while(true)
{
if (light_dx > x && light_sx > x)
{
OnFwd(OUT_ABC, 60);
}
else
{
if (light_sx < x)
{
OnRev(OUT_C, -100);
OnFwd(OUT_A, 100);
}
else
{
if (light_dx < x)
{
OnFwd(OUT_A, -100);
Wait(1);
OnFwd(OUT_C, 100);
}
else
{
if(SensorUS(IN_2)>NEAR)
{
OnRev(OUT_AC, 60);
Wait (500);
OnFwd (OUT_A, 60);
OnRev (OUT_C, 60);
Wait(1500);
Off(OUT_AC);
OnFwd(OUT_AC, 60);
Wait(1500);
OnFwd (OUT_C, 60);
OnRev (OUT_A, 60);
Wait(1400);
Off(OUT_AC);
OnFwd(OUT_AC, 60);
Wait(3200);
OnFwd (OUT_C, 60);
OnRev (OUT_A, 60);
Wait(1300);
Off(OUT_AC);
}
}
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Loop di
controllo
CAP. 10 - SORGENTE DI ALIMENTAZIONE
La fonte di alimentazione dei robot Mindstorm-NXT deriva da
una batteria ricaricabile ai polimeri Li-Io (da 200 mA/h).
Negli auto costruiti l’alimentazione è data da celle
fotovoltaiche.
FIGURA 32 CELLE FOTOVOLTAICHE
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Sono presenti anche 6 pile da 1,5 volt ciascuna utilizzate nel
caso in cui il pannello solare fornisca meno dell’alimentazione
necessaria per far funzionare correttamente i motori e i
sensori.
FIGURA 33 PACCO DI BATTERIE
FIGURA 34 UNA CELLA FOTOVOLTAICA CON COLLEGAMENTO
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APPENDICE: LA COREOGRAFIA
Al momento la coreografia non è stata completamente
ultimata.
Ci sarà un robot principale (auto costruito) che ballerà a ritmo
di musica, rilevata con un microfono, secondo traiettorie
curvilinee; attorno ad esso si muoveranno due robot
(Mindstorm-NXT), che eseguiranno movimenti sincronizzati.
Verranno anche accesi e spenti dei led luminosi.
FIGURA 35 LED LUMINOSI
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INDICE
P. 7 PININ DANCE
P. 8 CAP 1- DATI GENERALI
P. 9 CAP. 2 - DATI DI CONTESTO E
MOTIVAZIONE
P. 10 CAP. 3 - NOME E STRUTTURA DEL ROBOT
P. 19 CAP 4 – MECCANICA
P. 26 CAP 5 – UNITÀ DI CONTROLLO
P. 28 CAP 6 - I SENSORI
P. 33 CAP 7 – ATTUATORI
P. 39 CAP 8 – AMBIENTE DI SVILUPPO
P. 41 CAP 9 – PROGRAMMA SOFTWARE
P. 44 CAP. 10 - SORGENTE DI ALIMENTAZIONE
P. 46 APPENDICE: LA COREOGRAFIA
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