Dai primi robot ai Lego Mindstorms

Dai primi robot ai Lego Mindstorms, passando per la Prima Guerra Mondiale e il Futurismo…….

Baglieri Alessio

Di: V° C I.T.I.S. <Galilei>

Classe: Elettronica

Indirizzo: 2010 / 2011

Anno scolastico: 1

Sommario

• Il robot NXT................................................................................................................. 3
• Lego Mindstorms............................................................................................................ 7
• Storia della robotica...................................................................................................... 10
• Robots in manufacturing.............................................................................................. 14
• Il Futurismo................................................................................................................... 18
• Marinetti....................................................................................................................... 19
• La Prima Guerra Mondiale............................................................................................ 22
• L’impresa...................................................................................................................... 26
• I trasduttori (o sensori)................................................................................................. 29

2

Il robot NXT

1 - Descrizione del progetto

Il robot è stato pensato per:

• Compiere movimenti autonomi comandati da sensori di prossimità e di luminosità;
• Essere comandato a distanza attraverso un telecomando.

I movimenti del robot sono dati da 2 motori elettrici in CC che possono girare in entrambi i sensi di rotazione a seconda del movimento che deve fare. Tutto questo però è possibile solo grazie alla programmazione del “cervello” del robot che a seconda di come lo programmiamo, con l’apposito programma Lego Mindstorms NXT 2.0 Programming, riesce ad effettuare determinati movimenti.

2 - Struttura del progetto

La struttura del robot è completamente costruita grazie ai classici pezzi Lego che si possono trovare nei negozi di giocheria, e questi formano interamente il suo corpo. Il robot è basato su un “modello car”: cioè su una rappresentazione di un’auto con diversi sensori messi sia come abbellimento che come veri e propri trasduttori.

I trasduttori che abbiamo montato sono: un sensore tattile, un sensore luminoso (capace di rilevare colori e intensità luminosa), un sensore di prossimità (ad ultrasuoni) e un sensore audio (con riconoscimento di tono e timbro).

Oltre i sensori il progetto è caratterizzato da 3 servomotori che hanno al loro interno un sensore di rotazione per misurare sia la velocità che la distanza, che vengono trasmessi al processore del NXT. 3

3 – Montaggio

Il robot è stato montato fisicamente, come ho già detto, grazie ai pezzi Lego e virtualmente con un apposito programma, Lego Digital Designer, che è in grado, una volta completato il progetto, di creare una guida con la spiegazione del montaggio.

4

4 - Programmazione

Il motore è impostato alla velocità iniziale di 80 che possiamo variare grazie ai pulsanti di gestione da 20 a 100.

Abbiamo inserito il blocco “Reverse” di tipo logico impostandolo con l’impostazione VERO quando è selezionata la retromarcia, con l’impostazione FALSO quando è impostato l’avanzamento in avanti.

Il blocco “TargetSteer” invece è stato inserito per guidare il terzo motore, cioè quello utile alla sterzatura delle ruote, che può variare da -75 (a sinistra) a 75 (a destra). Sterzatura comandata grazie ad un altro motore presente nel telecomando. Inizia naturalmente con angolo di rotazione 0, cioè dritto.

Premendo uno dei pulsanti sul telecomando si invia un messaggio Bluetooth al NXT ricevente, cioè quello montato sul robot, e questo messaggio viene ricevuto nella mailbox 2. Quando un messaggio arriva in questa casella di posta indica che riguarda i pulsanti adibiti per la variazione di velocità e la variazione di verso. Fa passare così il segnale in una “Number Switch” che elabora i tre pulsanti come segue:

• 1 (freccia sinistra): Sottrae 20 alla Potenza, e mantiene la velocità minima arrivati al valore 20;
• 2 (Invio): Cambia il verso di andamento (retromarcia – avanti). Quando è impostato su False si può notare sul display del NXT la scritta “Reverse”, quando invece è impostata sul file questa scritta scompare;
• 3 (freccia destra): Aggiunge 20 alla Potenza, e mantiene la velocità massima arrivati al valore 100.

Se invece il messaggio Bluetooth viene ricevuto dalla mailbox 1 significa che abbiamo usato i pulsanti utili a far ruotare lo sterzo (siamo dunque andati ad agire sul motore posizionato sul telecomando impostato per questo scopo). Il motore dello sterzo può variare da 75 gradi a -75 gradi quindi la rotazione non andrà oltre questi valori, e questo è comandato dal blocco TargetSteer.

Se invece si invia un messaggio alla mailbox 3 si tratta di un messaggio di tipo logico e ci dice che il sensore di contatto (Pulsante di accensione) viene premuto. Se il messaggio è vero, invia la potenza selezionata e aziona i due motori di azionamento, altrimenti li blocca.

Tutti i blocchi sono inseriti in una interazione in modo che il ciclo si ripeti nel tempo.

I primi due blocchi stanno ad indicare l’invio dell’angolo di sterzo dal sensore via Bluetooth alla Mailbox numero 1.

I secondi due blocchi invece stanno ad indicare che si è premuto il tasto del Touch Sensor, cioè del pulsante di accensione, e questo viene inviato sempre via Bluetooth alla Mailbox numero 3.

Gli altri blocchi invece vanno tutti ad inviare un segnale Bluetooth alla Mailbox 2, cioè quella riguardante la variazione di velocità e di andamento:

Se la freccia sinistra è premuta si sentirà un segnale acustico e il NXT invierà un messaggio testo “1” alla Mailbox 2;

Se invece si preme il tasto ENTER il NXT invierà un messaggio testo “2” alla Mailbox 2;

Al contrario se la freccia destra è premuta, dopo il segnale acustico il NXT invierà un messaggio testo “3” alla Mailbox 2.

6

Infine andiamo ad inserire un controllo di tempo in modo che non si inviano messaggi ad un intervallo di tempo troppo breve causando così un sovraccarico di messaggi nel sistema: l’abbiamo impostato a 0.05 secondi.

Lego Mindstorms

Lego Mindstorms è una linea di prodotti LEGO che combinano mattoncini programmabili con motori elettrici, sensori, mattoncini LEGO, pezzi di LEGO Technic (come ingranaggi, assi e parti pneumatiche) per costruire robot e altri sistemi automatici e/o interattivi.

È stato distribuito commercialmente come "RIS" (Robotic Invention System - "Sistema di Invenzione Robotico"). È stato anche venduto ed utilizzato come sistema educativo, originalmente attraverso una partnership con il MIT.

LEGO Mindstorms può essere usato per costruire un modello di sistema integrato con parti elettromeccaniche controllate da computer. In pratica tutti i tipi di sistemi integrati elettromeccanici esistenti nella vita reale (come gli elevatori o i robot industriali) possono essere modellati con i Mindstorms.

C'è una grande e ben sviluppata comunità di professionisti e amatori di ogni età coinvolti nella condivisione di progetti, tecniche di programmazione e altre idee riguardanti LEGO Mindstorms.

L'RCX Originale dei Mindstorms è stato rilasciato nel 1998. Nel 2006 LEGO è stato immesso sul mercato un sistema di nuova generazione chiamato NXT, centrato su di un nuovo mattoncino programmabile. Il LEGO Mindstorms NXT è Open Source.

Il nuovo prodotto Mindstorms è l’NXT, che è stato rilasciato ad agosto 2006. Il kit comprende tre servomotori, un sensore tattile, un sensore luminoso, un nuovo sensore sonoro, un sensore di prossimità (a ultrasuoni) e un nuovo mattoncino intelligente NXT.

Il mattoncino intelligente NXT ha un processore a 32 bit a 48 MHz, con 256k flash memory e 64k RAM, un coprocessore 8 bit a 8 MHz, con 4k flash e 512 byte RAM uno schermo LCD con una risoluzione

7

di 60x100 pixel, una porta USB 2.0 e connettività Bluetooth. Il Mindstorms NXT possiede quattro porte d’ingresso e tre di uscita, ma avendo delle connessioni digitali, sarà possibile aumentarne il numero con dei moduli esterni. I connettori non sono gli stessi del RCX e utilizzano porte simili a un connettore RJ-11. Integrato nel mattoncino c'è un altoparlante da 8 kHz.

Programmare l’NXT

Questi “mattoncini” NXT della Lego sono quindi i cervelli di tutte quelle creazioni possibili per il kit Mindstorms. Esso infatti dà la possibilità di memorizzare un software prima creato e compilato da una piattaforma sul PC e di eseguirlo ogni qual volta si vuole senza l’ausilio di un’apparecchiatura esterna quale il computer. Una volta avviato il programma sull’NXT, la nostra creatura eseguirà tutto ciò da noi “dettato” in modo autonomo.

Per lo sviluppo di questi programmi eseguibili dai nostri robot la Lego mette a disposizione un sistema di programmazione visuale basato sulla GUI LabVIEW, che permette tramite l’uso di blocchi, di azioni di azione o controllo, di indicare quali operazioni svolgere.

8

Oltre questo tipo di programmazione che ha un approccio più ludico, esistono molti altri tipi di programmazione più professionali che sfruttano le potenzialità di linguaggi noti come il C++, Java, Visual Basic, che danno la possibilità di avvicinarsi di più a quella che potrebbe essere la programmazione di un robot industriale.

Proprio con un linguaggio testuale si ha la possibilità di sfruttare tutte le potenzialità offerte dall’NXT perché permette di gestire al meglio tutti i sensori ed avere un maggiore controllo sulle azioni del robot. Una tra le più importanti peculiarità di questo tipo di programmazione è la possibilità di suddividere il programma di unità di codice indipendenti. Stiamo parlando della programmazione concorrente che dà la possibilità di sfruttare un programma come un insieme di attività che vengono eseguite in parallelo con flussi di controllo separati.