Costruiamo EduRobot Black Panther – kit robotico didattico multipiattaforma

Un robot che costa meno di un libro.

Al fine di supportare i colleghi che seguono i miei corsi, ho realizzato una struttura robotica che deriva da un precedente progetto che ho sviluppato per i miei studenti, si tratta della versione n. 6 del kit robotico che ho chiamato EduRobot, nominata “Black Panther”.

Ho pensato ad una struttura estremamente economica in cui, ad esclusione delle viti di serraggio delle varie parti, il resto dei materiali è costituito da schede di controllo, motori e sensori.

La struttura minima richiede almeno 3 livelli, ma è possibile innalzarla per aggiungere tutta l’elettronica necessaria per espandere le funzionalità del robot.

Tutti gli elementi sono stati stampati in 3D ed il materiale scelto è il PLA.

I costi complessivi di stampa, viti di serraggio e dadi, non supera i 10€.

Per prelevare i sorgenti per la stampa 3D seguire il link sulla mia pagina su Thingiverse.

Le funzioni che possono essere programmate sono le medesime dei più blasonati kit robotici in commercio, pertanto se la vostra scuola ha acquistato una stampante 3D, sarà sufficiente una manciata di elettronica a basso costo per realizzerete robot assolutamente inclusivo, sia per il portafoglio delle famiglie degli allievi che di quelle del docente.

Il cilindro di occupazione del robot ha un diametro di 135 mm e i motori sono esattamente centrati rispetto alla base del cilindro.

Per evitare spese aggiuntive al posto delle caster ball ho preferito utilizzare un elemento dotato di superficie curva, ovviamente tale elemento se lo desidera può essere sostituito da una caster ball metallica.

Sul terzo livello del robot sono stati già inseriti fori per fissare i microcontrollori: Arduino UNO R3 e BBC micro:bit e computer Raspberry Pi 3 o 4.

Sempre sul terzo livello nel caso si desidera utilizzare un BBC micro:bit, è possibile fissare una scheda motorbit.

Nel caso il controllo avvenisse con Arduino UNO R3 la scheda di controllo motori è costituita da un L298N che andrà impilato sulla scheda Arduino, secondo quanto indicato nel tutorial che segue.

Nei kit di base sul 3’ livello viene utilizzata una minibreadboard per facilitare la connessione tra i vari dispositivi elettronici.

Per entrambe le versioni il robot è dotato di un sensore ad ultrasuoni HC-SR04 fissato alla struttura. Per la valutazione della distanza dell’ostacolo si è preferito evitare l’utilizzo di un servomotore che facesse ruotare il sensore ad ultrasuoni al fine di ridurre i costi. La rotazione che valuta la distanza dell’ostacolo più vicino verrà svolta ruotando l’intero robot rispetto al suo baricentro.

Il robot è dotato di due sensori ad infrarossi da impiegare per la realizzazione di un robot segui linea.

Nella versione con scheda Arduino UNO R3 sarà possibile effettuare un controllo mediante scheda Bluetooth HC-05, il cui supporto potrà essere fissato sul terzo piano del robot.

Di seguito la lista dei materiali e le relative fotografie che ne dettagliano la costruzione delle parti meccaniche e delle schede, non viene dettagliata la connessione elettrica tra le parti e la programmazione, per ora riservato ai colleghi che frequentano o frequenteranno i miei corsi, ma molto probabilmente nel prossimo futuro, con un po’ di calma lavorativa estenderò a tutti la parte di spiegazione elettronica e programmazione.

Sto sviluppando corsi in cui mostro come, usando la medesima struttura robotica, sarà possibile controllare il robot mediante un Raspberry Pi oppure un Raspberry Pi Pico.

Per i colleghi insegnanti svolgerò nel prossimo futuro ulteriori corsi gratuiti a cui potrete iscrivervi attraverso la piattaforma ScuolaFutura, corsi che saranno svolti i diverse modalità: in presenza, MOOC e blended.

Per essere aggiornati sui progetti e sui corsi che svolgerò nel prossimo futuro vi invito ad iscrivervi al mio sito inserendo la vostra e-mail nel campo: “Iscriviti al blog tramite email” nella colonna destra in alto, in questo modo potrete essere aggiornati tempestivamente.

La sequenza di montaggio indicata di seguito è quella che secondo il mio parere vi consente di montare l’intera struttura in non più di 60 minuti, è essenziale però munirsi di cacciaviti a stella e pinza a becco lungo, ottimo sarebbe utilizzare un piccolo avvitatore.

In generale non è richiesta nessuna saldatura a stagno in quanto i motori (gialli) a 6V utilizzati possono essere acquistati anche con cavi già saldati, attenzione però che la connessione tra motore e cavi elettrici potrebbe essere delicata, pertanto si consiglia di serrare i cavi mediante una fascetta stringicavi, come dettagliato di seguito.

Se è necessario prolungare la lunghezza dei cavi è possibile adottare diversi metodi, quello che preferisco è l’utilizzo di connettori wago che possono essere acquistati con diverso numero di fori, nel caso di questo kit robot sono sufficienti wago da 3 fori.

Ovviamente, nel caso di rotture o disconnessione dei cavi dai poli del robot bisognerà per forza ricorrere alla saldatura a stagno.

La fotografia che segue mostra tutti gli elementi da stampare in 3D per le due versioni di robot.

Di seguito elenco materiali e sequenza di montaggio.

Elenco viti e dadi per ogni elemento Arduino – L298N

La lista delle viti e dadi sono le medesime quasi identiche per i due microcontrollori, ad eccezione delle viti per il supporto Bluetooth che nellla versione micro:bit non servono perchè il sensore non viene utilizzato.

Motori

N8 – viti M3 – 30 mm
N8 – dadi M3

Caster

N4 – viti M3 – 10 mm
N4 – dadi M3

Distanziali lunghi

N16 – viti M3 – 10 mm

Sensore ultrasuoni

N2 – viti M3 – 10 mm
N2 – dadi M3

Controllo motore

N2 – viti M3 – 10 mm
N4 – viti M3 – 30 mm
N6 – dadi M3

Supporto Bluetooth

N2 – viti M3 – 10 mm
N2 – dadi M3

Segui linea

N2 – viti M3 – 10 mm
N2 – dadi M3

Sequenza di montaggio

Passo 1 – Caster ball

Per ogni supporto sono necessarie 2 viti da 10 mm e 2 dadi

Girare dalla parte opposta la base del robot ed inserire le 4 viti

Girare dal lato opposto la base ed aiutandosi con una pinza a becco lungo avvitare i 4 dadi

Passo 2 – sensori IR

Orientare i sensori come indicato nell’immagine che segue ed avvitare i sensori con due viti, il foro da utilizzare sarà quello più vicino al trimmer del sensore

Passo 3 – Supporti motori

Orientare i supporti dei motori con il lato più lungo orientato verso il lato esterno sinistro rispetto al lato sensori

Inserire 4 viti, 2 per ogni supporto

Inserire i supporti ed avvitare sulla prima base

Bloccare con 4 dadi

Munirsi di 4 viti M3 da 35mm e 4 dadi ed orientare i motori come indicato nell’immagine che segue

Bloccare i motori uno alla volta all’interno del supporto, partire con la vite più vicina alla base

Aiutandosi con una pinza a becco lungo tenere bloccato il dado ed avvitare. ATTENSIONE! Non stringere con forza altrimenti si rischia la rottura del supporto

Inserire la seconda vite e procedere come al passo precedente

Passo 4 – Incollare stretch su pacco batterie e 2’ piano

Passo 5 – Avvitare su 3′ piano supporto sensore ultrasuoni.

Fare attenzione all’orientamento nel caso si desidera utilizzare una scheda Arduino UNO. Usare come riferimento le frecce in cui andrà ad esse inserita la scheda Arduino UNO