1 

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®  

 

                  

  2 

 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.]. 

 

 

                

  3 

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 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.

Figura 1 

  4 

• 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.” 

  5 

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 altri  invece che  riescono a  interagire con il mondo esterno come il progetto Asimo della Honda (vedi figura 2). 

Figura 3 Repliee Q2 del 2006 

Figura 2 

  6 

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 

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); 

Figura 4 

Figura 5 Rover Opportunity presente su Marte 

  7 

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 

  8 

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, infatti non cambia 

assolutamente niente tra l’uno e l’altro se non che il programma inseritogli sopra. Vedi figura 7.   

Figura 7 

  9 

• 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 

 

  10 

  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:      

Figura 10 SCHEDA CONTROLLO MOTORI 

 

  11 

• 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 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 

Figura 11 MOTORE 

  12 

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 

 

  13 

• 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.