Issuu on Google+

ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE STATALE Mario Delpozzo  GRUPPO FORMATO DA: Albrile Alessio, Giordano Alessandro, Tierno Emanuele  CLASSE: 5^B   

          ASSEMBLAGGIO E PROGRAMMAZIONE DI UN PROTOTIPO  DI MINISUMO DELLA SOLARBOTICS®                                          


Indice: 

 

1. Panoramica sulla robotica:  • Un po’ di storia [pag.3];  • Le leggi della robotica [pag.4‐5];  • Principali prototipi [pag.5‐6];  • Applicazioni della robotica [pag.7‐8].  2. Minisumo:  • Nostro prototipo [pag.];  • Montaggio [pag.];  • Funzionamento [pag.];  • Componentistica [pag.]:  • Motori [pag.];  • Sensori [pag.];  • PIC [pag.].  • Listato del programma [pag.]:  • Listato [pag.];  • Descrizione [pag.].  • Problematiche e risoluzione [pag.]:  • Problematiche [pag.];  • Migliorie [pag.]. 

 

                                 


1. PANORAMICA SULLA ROBOTICA    •

Un po’ di storia: 

Per  prima  cosa  bisogna  chiarire  di  cosa  tratta  la  robotica  e  cos’è  un  robot.  La  robotica  è  una scienza che studia i comportamenti degli esseri intelligenti e cerca di installarli in una  macchina che, attraverso l’utilizzo di sensori e attuatori, riesca a lavorare in autonomia ed  eseguire compiti specifici. Per la seconda domanda, invece, si può rispondere guardando la  definizione reperibile sul dizionario, infatti sotto la parola robot si trova la seguente frase  “Il termine robot (pron. ròbot, dalla parola ceca robota che significa "lavoro pesante") indica una  qualsiasi  macchina  (di  forma  più  o  meno  antropomorfa),  in  grado  di  svolgere  più  o  meno  indipendentemente  un  lavoro  al  posto  dell'uomo.”  Da  questa  frase  si  può  subito  capire  che, 

non sono solo robot gli umanoidi o quelli fatti vedere nei film con sembianze umane; ma  qualsiasi  macchina  in  grado  di  interagire  con  il  mondo  attorno  ad  essa  e  che  in  grado  di  eseguire, in modo più o meno autonomo, il lavoro dell’uomo. Adesso che abbiamo questi  concetti di base possiamo passare a vedere un po’ della storia della robotica e dei robot.  Il primo prototipo di robot è stato progettato nel 1495; proprio in quell’anno Leonardo Da  Vinci  progettava  un  prototipo  di  umanoide.  Sarebbe  dovuto  essere  un  “cavaliere”  che  poteva  alzarsi  e  sedersi,  muovere  le  braccia,  la  testa  e  la  mascella,  questo  prototipo  di  robot non fu mai costruito. Il primo robot realmente costruito  Figura 1  risale agli anni 1738, venne costruito da un inventore francese  di nome Jacques de Vaucanson. Il suo robot era un androide  in  grado  di  suonare  il  flauto  (come  si  può  vedere  dall’immagine),  il  robot  era  dotato  di  dita  che  riuscivano  a  chiudere i fori presenti sul flauto, di una lingua che regolava la  portata  d’aria  e  di  labbra  mobili.  Da  quell’anno  in  poi  la  robotica prende piede, e si iniziano a studiare possibili campi  di  utilizzo  e  possibili  macchine  autonome.  Si  introducono  sempre più spesso macchine autonome nelle industrie, anche  se inizialmente viste male, ma adesso sempre più volute per il  loro “basso” costo. Un’altra grande innovazione è l’invenzione  di  robot  umanoidi  (con  sembianze  umane)  che  riescono  a  relazionarsi  con  il  mondo  esterno  e  con  le  persone  a  loro  attorno.  Oltre a queste innovazioni e scoperte, la robotica è anche  presa di mira da scrittori e registi di film. Uno dei più grandi  scrittori di fantascienza, che ha dedicato diversi libri alla  robotica, è Isaac Asimov. Autore contemporaneo di  nazionalità Russa, era uno scienziato e scrittore. I suoi libri  erano principalmente fantascientifici ma li utilizzava anche per  divulgare la scienza. Nei libri dedicati ai robot ha scritto le tre leggi della robotica (che  analizzeremo nel prossimo punto).  Un esempio, invece, di film che parlano della robotica è la saga di Guerre Stellari.  


• Le leggi della robotica: 

Le  leggi  della  robotica  sono  principalmente  3  e  sono  state  inventate  dallo  scrittore  Isaac  Asimov nell’anno 1940. L’autore ha scritto, per la prima volta delle leggi, nel racconto “Io,  Robot”. Le tre principali leggi sono:  • “Un robot non può recar danno a un essere umano né può permettere che, a causa  del proprio mancato intervento, un essere umano riceva danno.”  • “Un  robot  deve  obbedire  agli  ordini  impartiti  dagli  esseri  umani,  purché  tali  ordini  non contravvengano alla Prima Legge.”  • “Un  robot  deve  proteggere  la  propria  esistenza,  purché  questa  autodifesa  non  contrasti con la Prima e con la Seconda Legge.”  Le leggi sopra indicate sono utilizzate solo ed esclusivamente nei testi di Asimov, nei quali  tutti i robot presentano queste leggi, le quali sono impiantate nel loro codice.  Secondo Asimov esistono però due tipologie di robot:  • Asenion Robot; questi robot NON possono violare le tre leggi in modo conscio ma  solo in modo inconscio (sono quelli raccontati nei suoi libri);  • Altri  robot  che,  secondo  Asimov,  possono  liberamente  decidere  se  rispettare  o  meno le leggi (come i futuri possibili robot del mondo reale e non delle sue storie).  Secondo lo scrittore queste tre leggi non sono “sacre” e lui stesso cerca di rendere visibile,  nei suoi libri, i problemi che queste leggi creerebbero se effettivamente impiantate in un  robot.  Nonostante  questa  chiave  di  lettura  che  Asimov  cerca  di  dare  alle  leggi,  alcuni  appassionati di robotica sono arrivati al punto di affermare che le tre leggi siano come una  bibbia  e  che  dovranno  essere  impiantate  realmente  in  possibili  robot  futuri;  anche  se,  secondo studiosi, questo non sarà mai possibile poiché la maggior parte dei finanziamenti,  per  lo  studio  di  robot  e  intelligenze  artificiali,  arriva  dall’esercito  e  si  può  credere  che  questo  fatto  non  verrà  mai  reso  possibile.  Nel  caso  fosse  possibile  implementarle,  l’intelligenza  artificiale  che  siamo  riusciti  a  creare  fino  ad  oggi  non  sarebbe  in  grado  di  capire  ed  eseguire  queste  leggi.  Infatti  molti  scienziati  credono  che  se  si  riuscisse  ad  attivare le suddette leggi nel cervello di un robot saremmo riusciti ad arrivare realmente  all’intelligenza artificiale.  Queste  leggi,  come  anche  quelle  esistenti,  vengono  interpretate  e  a  volte  storpiate  a  seconda della situazione e delle persone. In alcuni racconti di Asimov, le tre leggi venivano  modificate per “semplificare” il lavoro che dovevano eseguire i robot ma di conseguenza  veniva storpiato il significato e quindi succedevano grandi disastri. In un racconto di Isaac  Asimov, viene inserita una quarta legge, chiamata legge zero per far si che una legge con  numero maggiore potesse soprassederla. Questa legge viene scritta nel suo libro “I Robot  e l’Impero” e di conseguenza anche le altre tre vengono leggermente modificate, le nuove  leggi sono le seguenti:  0. “Un  robot  non  può  recare  danno  all'umanità,  né  può  permettere  che,  a  causa  del  proprio mancato intervento, l'umanità riceva danno.”  1. “Un robot non può recar danno a un essere umano né può permettere che, a causa  del proprio mancato intervento, un essere umano riceva danno. Purché questo non  contrasti con la Legge Zero.”  2. “Un  robot  deve  obbedire  agli  ordini  impartiti  dagli  esseri  umani,  purché  tali  ordini  non contravvengano alla Legge Zero e alla Prima Legge.”   


3. “Un  robot  deve  proteggere  la  propria  esistenza,  purché  questa  autodifesa  non  contrasti con la Legge Zero, la Prima Legge e la Seconda Legge.”  Tuttavia la legge zero introduce un ragionamento da parte del robot e per di più potrebbe  significare che il robot può uccidere una persona per salvare l’umanità, cosa che andrebbe  contro  la  Prima  Legge  e  creerebbe  enormi  danni  al  suo  cervello  positronio  (cervello  del  robot).    • Principali prototipi:  Fino ad adesso abbiamo parlato della robotica nella storia e nei romanzi di Isaac Asimov,  ora parliamo della robotica ai giorni nostri.  Tutt’ora  esistono  diversi  tipi  di  robot  che  vanno  da  macchinari  automatici,  i  quali  non  hanno  bisogno  dell’intervento  dell’uomo  durante  il  loro  funzionamento,  fino  a  piccoli  umanoidi  che  riescono  a  interfacciarsi  con  le  persone  e  il  mondo  esterno  a  loro.  Ecco  l’elenco dei robot più “famosi”:  1. Umanoidi,  robot  dalle  sembianze  umane,  esistono  prototipi  che  sembrano  veramente esseri umani (vedi figura 3), e  Figura 3 Repliee Q2 del 2006  altri  invece  che  riescono  a  interagire  con  il mondo esterno come il progetto Asimo  della Honda (vedi figura 2).  Figura 2 

 


2. Robot  industriali,  sono  tutti  quei  robot  che  presentano  caratteristiche  utili  nell’industria, quindi che riescono a spostare grandi pesi oppure grandi oggetti. Un  tipo  di  robot  molto  utilizzato  in  industria  è  il  braccio  robotico.  Questi  tipi  di  robot  sono  composti  semplicemnte  da  un  braccio  posizionato  su  una  base  rotante,  in  modo  da  riuscire  a  ruotare  (in  caso  debba  spostare  dei  pezzi),  degli  esempi  si  possono  vedere  nell’industria  Bottero  s.p.a  ©  che  produce  questi  protoripi  per 

Figura 4 

l’industria del vetro (vedi figura 4).   3. Sonde  spaziali,  utilizzate  nelle  missioni  su  altri  pianeti  per  esplorare  il  territorio,  il  loro funzionamento viene anche utilizzato in robot per la sicurezza come quelli che  disattivano le bombe. (vedi figura 5); 

 

6  Figura 5 Rover Opportunity presente su Marte 


4. Explorer, sono particolari automi che non hanno una logica programmabile ma che  reagiscono agli impulsi dando direttamente dei risultati.      • Applicazioni della robotica:  La robotica è una scienza alla quale molte persone non sanno dare un’applicazione, anche  se può non sembrare ci sono tantissime applicazioni della robotica, vediamone alcune:  • Industria;  questa  è  la  prima  applicazione  alla  quale  si  è  applicata  la  robotica.  Inizialmente  con  le  macchina  che  eseguivano  il  lavoro  di  alcuni  operai  ma  con  un  operatore  che  la  doveva  seguire;  ora  esistono  fabbriche  con  catene  di  montaggio  autonome e completamente robotizzate.  • Medicina;  un’altra  applicazione  della  robotica,  inizialmente  si  pensi  alle  protesi  e  ora si stanno studiando metodi per creare arti completamente robotizzati (come un  braccio robotico industriale ma applicabile alle persone) che si possono collegare al  cervello ed avere così la piena mobilità degli arti.  • Sicurezza;  esistono  robot  utilizzati  dai  vigili  del  fuoco  che  entrano  negli  edifici  per 

Figura 6 

 


fare  una  panoramica  della  situazione  oppure  robot  per  disinnescare  bombe  (vedi  figura. 6)   • Gare; infatti alcuni robot vengo utilizzati per gareggiare. Una grande e famosa gara  è la RoboCup, è un esempio di competizione il cui argomento principale è il calcio,  infatti  si  sfidano  dei  robot  calciatori  oppure  i  cani  robotici.  Un  team  che  partecipa  ogni anno alla RoboCup è il team del politecnico di Torino. La gara è ogni anno in un  paese  europeo  diverso,  ma  anche  in  Italia  è  presente  una  gara  simile,  dove  si  sfidano le scuole italiane e l’ITIS M. Delpozzo ha partecipato l’anno scorso con una  squadra composta da: Albrile Alessio, Giordano Alessandro, Salustiano  Anderson e  Tierno Emanuele (tutti componenti dell’attuale 5^B). La squadra ha partecipato alla  categoria Minisumo, che vede fronteggiarsi due robot all’interno di un ring, e siamo  arrivati primi.  • Esplorazione  spaziale;  i  robot  vengono  anche  utilizzati  per  esplorare  altri  pianeti  (vedi  prototipo  prima  descritto),  ma  esistono  anche  satelliti  mandati  in  orbita  completamente robotizzati.     

2. Minisumo  • Nostro prototipo: 

Noi abbiamo  montato due  prototipi di  minisumo  della  Solrbotics®.  Come li  abbiamo  montati lo si  spiega nel  punto  successivo ma  in questo  punto  presentiamo il  nostri due  prototipi.  Sono due  robot identici,  Figura 7  infatti non  cambia  assolutamente niente tra l’uno e l’altro se non che il programma inseritogli sopra. Vedi  figura 7.       


• Montaggio: 

Il prototipo della Solarbotics®, consiste in un kit di montaggio dove vengono forniti i  circuiti stampati e i vari componenti elettronici, i motori e la struttura meccanica. Il  montaggio si può suddividere in due grandi fasi che adesso andrò a spiegare:    1^ FASE, Saldatura;  Per prima cosa occorre saldare tutti i componenti sulle proprie schede seguendo gli schemi  forniti. Nella fase di saldatura bisogna prestare attenzione a come viene effettuata: se lo  stagno colato non raggiunge temperature sufficientemente alte si rischia che il contatto  non avvenga in modo ottimale e che si produca un ulteriore disturbo del segnale. Si parla  quindi di “Saldatura Fredda”, bisogna inoltre fare in modo che lo stagno penetri all’interno  di tutto il foro poiché abbiamo a che fare con basette con doppio strato (double layer).  Prestando attenzione a questa fase abbiamo saldato l’intere basette come da figure  sottostanti.   Figura 8 PIC 

 

 

  Figura 9 SCHEDA SENSORI 

 

   


Figura 10 SCHEDA CONTROLLO MOTORI 

 

 

 

Il prototipo viene fornito con una scheda di controllo non programmabile ma che sfrutta  bensì filtri RC. Questo tipo di controlli vengono principalmente utilizzati per i robot  “explorer”. Dato che il nostro scopo era quello di creare un robot e di strutturare la sua  logica di controllo il modo software abbiamo sostituito la brain board (il suo “cervello”)  analogico con uno digitale e programmabile. La brain board digitale è composta da un  microprocessore PIC, questa struttura è molto utilizzata nell’ambito hobbistico poiché più  semplice da programmare rispetto ad altri micro controller.      2^FASE, Assemblaggio;  Dopo aver saldato tutti i componenti siamo passati all’assemblaggio. Operazione che ha  richiesto più tempo di quanto preventivato poiché i pezzi forniti non erano combacianti a  quelli di cui avevamo bisogno, siamo quindi passati alla modifica fisica con trapani e  attrezzi di foratura ma arrivando comunque a un buon risultato, ossia una struttura solida  e di bell’aspetto.       

• Funzionamento: 

       

10 


• Componentistica: 

Come già descritto precedentemente i prototipi li abbiamo montati tutti ed interamente  noi, infatti ci sono stati recapitati smontati in scatole.  Al loro interno erano presenti i motori, i circuiti stampati, i componenti elettronici tra cui i  sensori.Analizziamo alcuni dei componenti che compongono il robot.     • Motori:  Un esempio di  Figura 11 MOTORE  nostro motore si  può vedere bene  nell’immagine  [figura 11] , questi  sono motori in  corrente continua  con magneti  permanenti. Questi  tipi di motori sono  motori molto  utilizzati perché  facili da costruire,  ma sono utilizzabili  solo per piccole  potenze (altrimenti  il peso dei magneti  diventerebbe insostenibile), devono essere alimentati in corrente continua e si  possono pilotare facilmente solo con circuiti elettronici. Il motore a magnete fisso  funziona come un motore in corrente continua con l’unica differenza che ha un  magnete fisso sullo statore mentre quello in corrente continua presenta  avvolgimenti e non magneti fisici (anche se comunque crea un induzione magnetica  e di conseguenza potrebbe essere visto come un magnete). Vengono utilizzati  questi motori perché presentano dimensioni ridotte, velocità di risposta elevata,  leggeri e richiedono un’alimentazione ridotta rispetto ad altri possibili motori.     • Sensori:  Montati i nostri minisumo sono presente due tipi di sensori: quelli che identificano il  colore [figura 12] e quelle che identificano l’avversario [figura 13]. Iniziamo a parlare  dei primi sensori, quelli utilizzati per identificare il colore. Questi sensori vengono  utilizzati da noi per controllare che il robot sia sulla parte dell’arena nera (quella  sicura) e non sulla parte bianca (quella a rischio di eliminazione). Questi tipi di  sensori sono dei foto transistor che inviano un segnale infrarosso e a seconda di  come lo ricevono (l’angolazione con cui il segnale ritorna al ricevitore) capisce se è  sul bianco o sul nero.  Gli altri sensori utilizzati sono quelli che noi utilizziamo per fare vedere ai robot il  proprio avversario. Questi sensori sono composti da due pezzi, un diodo che emette   

11 


il segnale infrarosso (38 kHz per essere esatti) che può essere modulato  leggermente, e un ricevitore che riceve un range di valori tra cui i 38 kHz. Il  funzionamento è lo stesso del sensore prima spiegato con l’unica differenza che, in  questo caso, il sensore è diviso in due e che il segnale inviato dal secondo sensore  ha una portata maggiore rispetto al primo.  Figura 12 SENSORE PER COLORE 

 

  Figura 13 SENSORE PER VEDERE AVVERSARIO 

 

   

 

12 


• PIC: 

Sui due minisumo da noi montati è stato installato un microcontrollore per riuscire a  dare un cervello ai robot e fare in modo che noi riuscissimo a impiantare al loro  interno una tattica di “combattimento”. Questo microcontrollore si chiama PIC ed è  della Microchip Technology. La sigla PIC è un’acronimo che significa “Programmable  Interface Controller”, infatti può essere programmato in BASIC oppure in C. Piccolo  chiarimento su cos’è un microcontrollore: un microcontrollore è un dispostivio  elettronico integrato che lavora come un piccolo cervello, al suo interno presenta  una memoria dove si può salvare il programma che deve svolgere (ovviamente con  le adeguate limitazioni di grandezza). Il nostro PIC è composto da 40 piedini, alcuni  ingressi e altri uscite permettendogli di interagire così con il mondo esterno in modo  diretto e tramite la guida del programma. Il PIC è molto utilizzato per la sua  “semplicità” nella programmazione rispetto ad altri microcontrollori. Vedere figura  8.   

 

13 


Tesina sui minisumo