Azevedo gli ITAndroids: una Squadra di Calcio Umanoide

Judy Warner: da quanto tempo esiste la squadra degli ITAndroids e come è nata?

Arthur Azevedo: il team ITAndroids è stato creato nel 2005 da Jackson Matsura. All'epoca era uno studente del master, ora è professore nel dipartimento di elettronica. Due studenti universitari e un altro studente del master si sono uniti al team. Hanno vinto la Latin America RoboCup (LARC) 2D Soccer Simulation quell'anno. Sono diventati rapidamente una delle migliori squadre latinoamericane e hanno partecipato alla RoboCup dal 2006 al 2008, poi la squadra si è separata.

Il team ITAndroids è stato ricreato nel 2011 ed ha partecipato alla Robocup 2012 nella 2D Soccer Simulation League. La squadra ha ottenuto il 10° posto. Nello stesso anno la squadra ha ottenuto tre trofei nella LARC 2012: 1° posto nella 2D Soccer Simulation, 1° posto nella 3D Soccer Simulation e 3° posto nella Humanoid Robot Racing (HRR). Anche quest'anno il team ha iniziato a reclutare e formare nuovi membri ed è cresciuto rapidamente. ITAndroids ha vinto 4 volte la simulazione 2D Soccer Simulation di LARC.

Nel 2012 il team ha iniziato a progettare il proprio hardware nella Very Small Size League. Nel 2017 ci siamo qualificati per competere nella KidSize Humanoid League alla Robocup 2017. Nello stesso anno abbiamo anche ottenuto un 1° e 2° posto nella LARC HRR, gareggiando con un robot commerciale (Darwin-OP2) e un robot progettato e costruito internamente chiamato Chape. Stiamo anche iniziando a progettare un robot per competere nella Small Size League e abbiamo in programma di avere una squadra completa pronta per la LARC 2018.

Warner: sembra davvero un viaggio lungo e di grande successo! Quanti studenti in totale fanno parte del tuo team, e quanti fanno parte del sottogruppo elettrico e delle schede di progettazione?

Azevedo: nel nostro team, ci sono circa 60 studenti, divisi tra diversi progetti di robot. Dato che abbiamo tre tipi di robot fisici (Very Small Size, Small Size e Humanoid), abbiamo anche tre gruppi di progettisti elettrici dedicati alla progettazione specifica di questi robot. Nel gruppo di progettazione elettrica Humanoid ci sono quattro membri, composti da studenti del primo, secondo e quarto anno con l'aiuto di un ingegnere mentore esperto. Il gruppo ha progetti che consistono in specifiche dei requisiti, progettazione, test e produzione di schede e supporto all'assemblaggio e all'integrazione dei robot.

Warner: puoi dirci qualcosa di più sui tipi di robot che costruisci?

Azevedo: il team ITAndroids partecipa a cinque categorie di competizione, due delle quali sono simulate e tre sono fisiche.

Soccer Simulation 2D: questa categoria non ha uno sviluppo hardware e si concentra esclusivamente sulla strategia dei robot autonomi in una partita di calcio. I progetti di quest'anno includono la rifattorizzazione del codice, la correzione dei bug e la sua leggibilità e la migrazione verso i modelli della squadra. C'è stata anche l'implementazione di una strategia dinamica di assegnazione dei ruoli agli agenti.

Soccer Simulation 3D: questa categoria presenta le stesse sfide di quella precedente e aggiunge la simulazione di robot umanoidi tridimensionali, che richiedono l'implementazione dei movimenti del robot. I progetti di quest'anno si sono concentrati principalmente sull'ottimizzazione dei parametri per i movimenti e la navigazione dei robot, sugli strumenti di clustering per queste ottimizzazioni e su un metodo più efficiente per testare i robot.

Umanoide: consiste nello sviluppo di un robot umanoide fisico e nell'implementazione di tutte le tecniche presenti in Soccer Simulation 3D in un vero robot.

Il nostro team ha aumentato significativamente le sue conoscenze in ambito hardware grazie alla produzione del nostro modello umanoide, affettuosamente chiamato Chape, basato su un robot Darwin-OP importato che utilizziamo dallo scorso anno. Il progetto hardware è di grande portata, sia dal punto di vista meccanico, con la lavorazione e la stampa di quasi tutti i robot, sia per quanto riguarda l'hardware elettrico che è stato progettato con l'aiuto di Altium Designer®. Anche il team di sviluppo software ha lavorato duramente per apportare miglioramenti ai movimenti e alla visione del robot.

I robot sono stati tutti completati in un solo semestre, garantendo la partecipazione del team alla competizione Robocup del mese di giugno.

Dimensioni molto piccole (VSS): consiste in un team di tre diversi robot dal formato cubico che giocano una partita di calcio. Da quando la squadra ha realizzato i nuovi robot, con schede di elaborazione e motori migliorati, Altium è stato utilizzato per la progettazione hardware. Il software ha aiutato a sviluppare la strategia della squadra e abbiamo realizzato un simulatore per aiutare con i test.

Piccole dimensioni: può essere considerata un'estensione della categoria precedente, con team più grandi e robot che hanno una struttura meccanica più complessa. Come nuova categoria il progetto è stato in fase di sviluppo per tutto l'anno, contribuendo ad un'altra significativa crescita delle nostre capacità hardware. Ancora una volta Altium ha avuto un ruolo importante nel nostro progetto. È stato necessario sviluppare anche un software personalizzato, un progetto impegnativo.

Warner: gareggiate nelle competizioni Robocup. Puoi raccontare ai nostri lettori la tua esperienza in questi eventi?

Azevedo: competere in Robocup è stata un'opportunità incredibile perché abbiamo potuto mettere i nostri progetti sul "campo" e vederli funzionare e performare. L'interazione con i team di tutto il mondo è stata un momento entusiasmante e una fantastica esperienza di apprendimento e di insegnamento. Ogni conversazione con i membri del team provenienti da università di ogni continente ha migliorato notevolmente le nostre capacità. Robocup porta maturità al team, robustezza al sistema e aumenta il networking.

Warner: sembrano davvero esperienze emozionanti e memorabili. Quali tipi di schede sono necessarie per alimentare i vostri robot e come avete imparato a progettarle?

Azevedo: il robot Chape Humanoid è stato concepito per avere un certo grado di modularità e facilità di manutenzione. L'architettura elettrica richiede diversi tipi di schede che condividono i ruoli di alimentazione e distribuzione, rilevamento e controllo degli attuatori, comunicazione dati di basso livello, monitoraggio dello stato di salute, usabilità e debug e manutenzione.

L'architettura è composta da 2 pannelli: la PWB è il power manager che è una smart board che ha un algoritmo di controllo della potenza dedicato. Il bus a tensione regolata è generato in PWB. Il bus a tensione non regolata ad alta potenza viene creato dalla gestione di fonti di alimentazione come una batteria e un alimentatore esterno.

Il CMB è il cuore dello strato fisico di basso livello. È il controllo delle schede di monitoraggio che controlla i servocomandi, interpreta i dati dal modulo inerziale incorporato, intraprende azioni di sicurezza basate sulla lettura della temperatura interna, comanda la ventola di raffreddamento, controlla i LED e un buzzer per consigli ed effettua la distribuzione di bus ad alta tensione di potenza non regolata. La comunicazione con il computer principale ad alta elaborazione è un NUC i5 di Intel che effettua lo scambio dati che permette di camminare, correre e calciare. La comunicazione con il NUC è una USB 2.0 e l'impedenza di accoppiamento di una coppia di dati differenziali. Un bus I2C integra le restanti schede composte da LED, buzzer e pulsanti per consentire l'interazione con il robot.

Per quanto riguarda il modo in cui i membri del team imparano a progettare le schede, il processo inizia con un breve corso incentrato sulla progettazione elettronica, in cui si studiano i principi di design. Gli studenti senior portano la loro esperienza nel gruppo che è supportato da un ingegnere volontario che funge da mentore. Gli studenti dedicano del tempo apprendendo in classi regolari, facoltà e attraverso internet.

Warner: puoi parlarci del ruolo dei mentori nella squadra?

Azevedo: dato che il team è composto per lo più da studenti universitari molte volte non c’è l’esperienza o la maturità sufficiente per soddisfare le esigenze del team. Tuttavia possiamo contare sui nostri mentori ogni volta che ne abbiamo bisogno.

Complessivamente abbiamo quattro mentori: due per l'elettronica (Miguel Angelo Sampaio e José Roberto Colombo Jr.), uno per la meccanica (Daniela Vacarini de Faria) e uno per la consulenza in software e controllo (Marcos Ricardo Omena de Albuquerque Máximo).

I mentori per l’elettronica hanno svolto un ottimo lavoro sugli schemi elettronici Chape e VSS e sulla progettazione del layout del PCB, e anche nel trasmettere le conoscenze ai nuovi membri. Il mentore della meccanica è stato fondamentale per il progetto del robot Chape, sia nella fase CAD che nella produzione. Hanno anche offerto supporto alla squadra della Small Size League. Il professore ha speso molto tempo e impegno per il successo del progetto. Fornisce un sostegno intensivo a tutte le discipline e ha anche sviluppato l'algoritmo di camminata dei robot umanoidi come tesi di dottorato. Ogni anno i mentori offrono lezioni ai membri del team per aumentare le conoscenze tecniche del team.

Warner: su cosa sta lavorando il team in questo anno accademico?

Azevedo: il 2017 è stato un anno di crescita molto significativa per gli ITAndroids. Dagli aspetti amministrativi a quelli tecnici c'è stato tantissimo lavoro. Oltre al lavoro di ogni sotto-squadra, abbiamo partecipato a due eventi principali: l'International Robocup Competition e il Latin American Robocup (LARC) e un evento più piccolo concentrato nella categoria IEEE Very Small Size (VSS). Gli sforzi del nostro team in queste competizioni hanno portato ad un totale di 5 trofei.

Dal punto di vista accademico incoraggiamo sempre i nostri studenti associati nelle ricerche scientifiche, il che ha prodotto la pubblicazione di 6 articoli.

Warner: congratulazioni Arthur per un anno di grande successo e per un gruppo appassionato di studenti, professori e mentori che hanno reso il vostro team un successo! Grazie per aver trovato del tempo nel vostro fitto calendario per condividere il lavoro e i risultati di ITAndroids.

Azevedo: grazie per l'opportunità di parlarvi del nostro team.

Informazioni sull'autore

Judy Warner


Judy Warner has held a unique variety of roles in the electronics industry since 1984. She has a deep background in PCB Manufacturing, RF and Microwave PCBs and Contract Manufacturing with a focus on Mil/Aero applications in technical sales and marketing.

She has been a writer, contributor and journalist for several industry publications such as Microwave Journal, The PCB Magazine, The PCB Design Magazine, PDCF&A and IEEE Microwave Magazine and is an active member of multiple IPC Designers Council chapters.

In March 2017, Warner became the Director of Community Engagement for Altium and immediately launched Altium’s OnTrack Newsletter.
She led the launch of AltiumLive: Annual PCB Design Summit, a new and annual Altium User Conference.

Judy's passion is to provide resources, support and to advocate for PCB Designers around the world.

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