Progetto Auriga tesina

I.T.I.S. G. Galilei di Conegliano (Tv)

Corso di Elettrotecnica e Automazione

Progetto AurigA

La nascita della robotica e i suoi impieghi nella società contemporanea

Presentazione del braccio robotico Auriga

A

LIVOTTO LUCA - Classe 5 A ea

Anno scolastico 2013/2014

Ringraziamenti

Ringrazio innanzitutto i miei amici, che non hanno mai smesso di starmi accanto durante tutto questo tempo e hanno saputo tirarmi su il morale, nei momenti di difficoltà.

Ringrazio i miei compagni, i miei professori e l’I.T.I.S., per gli spunti e l’appoggio che mi sono stati dati, con i quali ho potuto crescere come studente e come uomo.

Ringrazio la mia famiglia, per il costante sostegno e incoraggiamento, in ogni mia iniziativa.

Ringrazio mia madre per tutta la sua pazienza, per avermi assistito nello studio, per avermi buttato giù dal letto ogni qualvolta non sentivo la sveglia, per avermi sopportato per tutti questi anni.

Infine ringrazio mio padre, che con la sua passione ed entusiasmo mi ha sempre spinto a migliorarmi e a non perdere di vista l’obiettivo. Senza di lui il progetto consisterebbe ancora in un disegno a matita, sul banco di scuola.

Premessa

In occasione della maturità, ho deciso di approfondire la mia passione per il mondo della robotica.

Nasce così il progetto “Auriga”, uno studio personale durato circa un anno, dove ho puntato a raccogliere informazioni, aneddoti, immagini, che presentassero la robotica e i robot, che sempre più tendono ad affiancarci nell’industria, nel gioco, e anche nella vita di tutti i giorni.

Ho deciso inoltre di avventurarmi nello studio e progettazione di un “braccio robotico” (Auriga Robotic Arm), così da poter toccare con mano la difficoltà della progettazione, i problemi della fase di costruzione e la sconfinata conoscenza che questo ramo tecnologico, in continua evoluzione, tende ad abbracciare.

Parliamo di qualcosa che fino a ieri era “fantascienza” e a chi ne ipotizzava una futura esistenza e applicazione era data, inizialmente, scarsa importanza; ci troviamo però a dover dar ragione a lungimiranti pensatori come Isaac Asimov, che prima di molti altri hanno immaginato il mondo in cui viviamo oggi, non solo ipotizzando gli sviluppi della scienza e della tecnica, ma riflettendo anche sull’enorme impatto che queste scoperte avrebbero avuto sulla società.

In questo piccolo saggio, mi permetterò di dare delle informazioni e degli spunti per riflettere e per tentare di trasmettere, almeno in parte, il mio interesse verso questo mondo, verso gli sviluppi e i problemi, di natura tecnica ed etica che sta tutt’ora affrontando.

Indice

• Introduzione 1
• La robotica 2
• Una conoscenza interdisciplinare 4
• In contatto con la realtà 5
• Un po’ di storia 6
• Etica della robotica 9
• Protagonisti del boom 12
• I robot industriali 15
• Braccio robotico Auriga 16
• Remote controller 22
• Scheda dati e alimentazione 23
• Alimentatore 24
• Progettazione 25
• Costruzione 27
• Problemi riscontrati 29
• Schemi elettrici:
• Scheda alimentazione e segnale 30
• Pololu servo controller 31
• Remote controller 32

Introduzione

Vi chiedo di far caso per un momento a cosa vi viene in mente quando sentite la parola robot: se state pensando a dei buffi personaggi di latta con le antenne e dai movimenti scattosi, non siete sulla cattiva strada.

Esistono però svariate tipologie di robot, o automi (queste due parole sono sinonimi).

Il termine “robot” deriva dal ceco robota, che significa “lavoro pesante” o “lavoro forzato”, infatti i robot possono trovare forma e applicazione in svariati ambiti, dall’industria pesante ai giocattoli per bambini, ma saranno accomunati da una programmazione, quindi programmati, “ideati” per eseguire specifici compiti.

Approfitto di questo preambolo per introdurre le Tre leggi della robotica di Isaac Asimov, riservandomi successivamente di approfondirne la funzione e la nascita.

Si tratta di alcune regole, ideate dallo scrittore e uomo di scienza Asimov, sulle quali dovrebbe basarsi la programmazione di qualsiasi robot.

A scanso di equivoci, tengo a precisare che per “programmazione” si intende la creazione e stesura di un programma, quindi organizzare la funzione e i limiti di un automa.

• 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.
• 2. Un robot deve obbedire agli ordini impartiti dagli esseri umani, purché tali ordini non contravvengano alla Prima Legge.
• 3. Un robot deve proteggere la propria esistenza, purché questa autodifesa non contrasti con la Prima o con la Seconda Legge.

Possiamo notare come queste leggi dettino dei vincoli anche agli scopi per i quali si crea un automa, che devono essere sempre pacifici, all’insegna della sicurezza, servizio e prudenza nei confronti degli esseri umani. 1

La robotica

La robotica è la disciplina dell’ingegneria che studia e sviluppa metodi che permettano a un robot di eseguire dei compiti specifici riproducendo il lavoro umano. Questo può avvenire tramite la costruzione e il coordinamento di complessi sistemi, costituiti da dispositivi (sensori e attuatori) adatti a percepire l’ambiente circostante e ad interagire con esso.

Rappresenta quindi la soluzione a vari problemi per gli umani, che possono liberarsi di compiti troppo noiosi, lunghi, pericolosi o faticosi, spesso in modo veloce e preciso. Tutto ciò nasce dal fascino che l’uomo, fin dall’antichità, ha avuto per sé stesso.

Secondo Cartesio, “l’essere umano è dotato di un corpo simile a una macchina perfetta, incomparabilmente meglio ordinata, che ha in sé movimenti più meravigliosi di qualsiasi altra tra quelle che gli uomini possono inventare; e anche di un cogito, quella capacità di autocoscienza che lo porta a compiere azioni secondo la sua volontà, che gli dà la possibilità di provare emozioni autentiche e di scegliere come impostare la sua vita, senza considerare però, il sempre presente imprevisto, quasi mai preso in considerazione.”

Se pensiamo ad esempio ad Asimo, il robot della Honda, che è in grado di camminare, correre, ballare, salire e scendere le scale, stare in equilibrio su una gamba e giocare a calcio, giocare anche a baseball e a bowling, riconoscere le persone, salutarle e chiamarle per nome, non possiamo immaginare un giorno, un robot che compia azioni di sua spontanea volontà, e quindi fuori programma? Asimo, androide della Honda

2 È questa la paura di molti, che fu arginata già ottant’anni fa da Isaac Asimov con le Tre leggi della robotica. Il timore deriva dal fatto che l’uomo riesca ad affermarsi come “creatore” e tenti di creare un suo “simile” che possegga la capacità di pensare (“cogito ergo sum”, cit. Cartesio) e quindi di “essere”, togliendo spazio vitale all’uomo stesso.

Queste ipotesi stimolarono la fantasia degli artisti che abbracciavano la Fantascienza, tra i quali lo stesso Asimov.

L’essere umano è sempre stato affascinato dalla natura e da tutto ciò che lo circonda, e ancor più da sé stesso: se pensiamo a Galileo e a Da Vinci, solo per citarne due, possiamo notare con quanta ammirazione e interesse gli scienziati studiassero il corpo umano e i suoi movimenti, la sua meccanica, il modo con cui tutt’ora si presenta e si muove nello spazio.

Ed ecco che vediamo robot creati a “immagine e somiglianza” degli esseri umani, detti Androidi; o automi che sfruttano il “principio di funzionamento” di un arto, o di qualche parte del corpo umano o animale, per compiere al meglio un compito, con l’eleganza e la perfezione ormai collaudata, di un braccio, una zampa o una mano.

Esempio di automa con deambulazione basata sul principio di funzionamento degli arti di un animale, spesso preferiti alla ruota. 3

Una conoscenza interdisciplinare

Nella robotica confluiscono molte discipline di natura diversa, come biologia, fisiologia, automazione, elettronica, fisica, informatica, matematica e meccanica, nonché materie di natura umanistica, come letteratura e psicologia.

La capacità di implementarle tutte fa della robotica una scienza complessa, e a mio dire affascinante.

Possiamo dire che la robotica coinvolge:

• Informatica (linguaggio di programmazione, comunicazione)
• Matematica (problem solving, analisi del moto)
• Scienze (moto)
• Tecnologia (fasi progettazione e realizzazione)
• Letteratura (letteratura fantascientifica, contestualizzazione storica)

Cosa sono i robot?

Nel 1979 l’istituto americano dei Robot dà una definizione di robot, ossia uno strumento programmabile e multifunzionale progettato per spostare materiali, componenti o attrezzi, attraverso vari movimenti programmati.

A trent’anni di distanza, questa definizione potrebbe essere considerata incompleta, dato che al giorno d’oggi un robot è visto come uno strumento utilizzato in campo scientifico e nell’industria per prendere il posto di un essere umano.

Non si limita più allo spostamento di attrezzi come affermava la definizione del 1979, ma compie determinate azioni in base ai comandi che gli vengono dati e alle sue funzioni, sia in base ad una supervisione diretta dell’uomo, sia autonomamente basandosi su linee guida generali, magari usando processi di intelligenza artificiale.

Non sempre è facile distinguere un robot da una macchina puramente automatizzata, perciò bisogna anche porre il limite che un vero robot deve avere capacità decisionali, deve poter fronteggiare situazioni impreviste.