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SumoBot in Foam: SumoFoam

Dopo la la pubblicazione dei sorgenti grafici del SumoBot ho ricevuto mail da parte di colleghi in cui mi veniva chiesto di condividere i file pdf per la versione Foam Core del piccolo robot, come mostrato nel post: SumoFoam – per realizzare velocemente una struttura per robot didattico.

Il materiale, come dettagliato nel link, si presta molto bene per realizzare agevolmente innumerevoli strutture utili per le nostre sperimentazioni di laboratorio (qualche esempio nel link allegato), il costo del materiale non è elevatissimo ed è semplice tagliarlo con un semplice cutter. Architetti e studenti di architettura conoscono bene il Foam Core in quanto lo utilizzano per realizzare plastici di ogni tipo, ho utilizzato io stesso questo materiale in passato per costruire plastici di alloggi per la realizzazione di esercitazioni di domotica con Arduino.

Condivido pertanto i file pdf che potete stampare su un foglio A4 adesivo ed incollare poi su un foglio di Foam Core.

Condivido una versione con colore del tratto rosso per il taglio laser ed una versione con tratto nero per la stampa su foglio adesivo A4

Nell’immagine che segue potete vedere le due versioni di SumoFoam tagliato a laser a sinistra e con con cutter a destra.

Spero che questo lavoro possa servire anche ad altri e se ritenete, per scopi didattici, modificate i sorgenti secondo le vostre necessità.

Buon Making a tutti.

PCTO A.S. 2020 – 2021 – SumoBot – lezione 1

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Lavoro di PCTO a.s. 2020-2021. Anno scolastico difficile, la pandemia non aiuta assolutamente nello sviluppo di attività laboratoriali a scuola e in azienda e a tal proposito ho pensato di rivedere completamente il laboratorio iniziando dalle attività di laboratorio degli studenti del 3′ anno.
Come molti colleghi e studenti sapranno il PCTO (ex alternanza scuola lavoro) svolto al terzo anno consiste nello svolgimento di un’attività che viene integralmente realizzata a scuola in cui viene svolta una simulazione d’impresa, dalla progettazione alla creazione di un prodotto, ma il periodo è complicato e lo svolgimento delle attività avverrà in parte online ed in parte in presenza, online si effettueranno tutte le operazioni progettuali e di documentazione mentre in presenza si assemblerà l’oggetto che dovrà poi essere reso prodotto. Come per gli anni passati per le classi terze propongo un’attività basata su un kit da me progettato che i ragazzi poi dovranno modificare e migliorare sia dal punto di vista meccanico che dal punto di vista elettronico e informatico. Parto da un prodotto progettato in partenza semplicemente perché i tempi, i costi ed il periodo non permettono una progettazione da zero, ma come accade ogni anno molti ragazzi a fine attività rivedono integralmente il progetto riformulando una nuova proposta.

La robotica attrae sempre e prototipare piccoli robot affascina sempre i giovani studenti, pertanto ho modificato la prima versione del SumoRobot disegnato nello scorso anno scolastico, formulando una versione che potesse essere realizzata con semplicità e a costi molto bassi.
Tutti i miei studenti, di qualsiasi classe, ormai posseggono un kit Arduino con una buona dotazione di componentistica elettronica, pertanto le esercitazioni in DaD non avvengono solamente usando simulatori, ma svolgendo praticamente loro a casa ed io a casa o a scuola le esercitazioni e allo stesso modo si opererà per l’attività di PCTO, fornendo un kit agli allievi.

Il kit consiste in un supporto di compensato da 4 mm tagliato a laser a scuola le cui parti verranno fissate utilizzando colla vinilica. Il controllo avviene mediante un Arduino Nano connesso ad una Sensor Shield V03 che permetterà agevolmente di connettere sensori e attuatori mediante semplici jumper evitando saldature.

I motori sono costituiti da due servomotori a rotazione continua, ciò consentirà di alimentare direttamente i motori dalla scheda Arduino evitando l’aggiunto di una ponte H per controllare i motori, azione che i ragazzi svolgeranno in altre esercitazioni. Due i sensori utilizzati sul robot: sensore ad ultrasuoni e sensori IR. L’alimentazione avverrà tramite una batteria da 9V. Il controllo dei movimenti del robot potrà avvenire anche remotamente via Bluetooth con Smartphone. Due gli elementi stampati in 3D, una ball caster in cui viene inserita una biglia di vetro e un supporto per il sensore ad ultrasuoni.

Durante la prima lezione gli allievi dovranno, seguendo il video allegato, assemblare tutte le parti, ricordando prima di ogni cosa di fissare la sensoristica e l’elettronica e successivamente procedere con l’incollaggio delle varie parti di compensato della struttura.

Per poter assemblare il robot bisognerà seguire il video allegato e le fotografie che seguono in cui sono evidenziate alcune parti.

E’ importante inoltre porre attenzione alla parte superiore di compensato che ha un orientamento specifico, seguire attentamente le indicazioni del video e delle fotografie.

A questa prima lezione allego la presentazione del progetto e i sorgenti grafici (pdf) in modo che anche altri colleghi o studenti possano duplicare e migliorare l’attività.

Nelle successive lezioni verranno mostrati i collegamenti elettrici delle varie parti e proposti alcuni sketch di esempio da cui partire per aggiungere le funzionalità richieste.

Presentazione del progetto.

Titolo del progetto: SumoRobot

Simulare la progettazione e la realizzazione da parte di un’azienda di un kit robotico per l’apprendimento del Coding e della Robotica per studenti della scuola media e primi due anni delle superiori.
Il Robot deve avere caratteristiche tali da poter essere impiegato in diverse tipologie di sperimentazioni didattiche:

evita ostacoli
segui linea
comando a distanza via Smartphone
modalità gara Sumo

Il kit dovrà essere corredato da:

Titolo Azienda
Titolo del prodotto (non deve essere quello dell’attività di PCTO) corredato da logo
Brochoure pubblicitaria
Manuale di istruzioni per il montaggio composto da: lista materiali e componenti, fasi di montaggio, il tutto arricchito con immagini e disegni tecnici
Manuale introduttivo alla programmazione con Arduino indirizzata alla programmazione del robot
Lista di sketch di esempi commentati e funzionanti da allegare al kit
Slide di presentazione del progetto
Sito internet di riferimento in cui raccogliere tutta la documentazione per il cliente

Note

Tutta la documentazione dovrà essere prodotta in lingua italiana ed inglese.
Il sito internet dovrà essere realizzato con Google Site e sarà visibile solo mediante account personale dello studente al gruppo di lavoro e ai docenti del Consiglio di Classe
Il diario di bordo dovrà essere prodotto con Google Documenti e dovrà collezionare l’attività svolta durante ogni giornata di lavoro
Nel diario di bordo bisognerà includere una sezione di “considerazioni personali” espresse da ogni singolo studente sull’attività svolta ed eventuali suggerimenti per il miglioramento del progetto.
La presentazione del prodotto dovrà essere realizzata con Google Presentazioni
Ogni fase costruttiva dovrà essere documentata in modo fotografico e con brevi video

Lista componenti

Sensore ultrasuoni HC-SR04
Sensor Shield per Arduino Uno Nano V3
Servomotori a rotazione continua 360° – FS90R con ruote
Arduino Nano (originale o compatibile) nella versione compatibile che utilizza un convertitore da USB a Seriale tipo CH340G è indispensabile installare un driver specifico
Cavo di Alimentazione 9V con cavo jack maschio 2.1 X 5.5 mm
Batteria 9V
Jumper Femmina-Femmina

Orientamento delle varie parti della struttura del robot

Vista frontale del robot

Vista dal basso del robot, si notano i due sensori IR fissati con vite M3 da 12 mm

Blocco supporto sensore ultrasuoni mediante due viti M3 da 12 mm

I servomotori sono fissati alla struttura mediante due fascette stringicavo. Seguire l’orientamento dei servomotori così come indicato nelle immagini che seguono, i cavi di uscita dei servomotori devono essere rivolti verso l’esterno

Nell’immagine si nota in quali fessure far passare la fascetta stringicavo

La chiusura della fascetta deve avvenire nella parte inferiore del robot mantenendo il nodo di chiusura così come indicato nell’immagine

Le ruote vanno fissate al mozzo del motore mediante apposita vite

La scheda Sensor Shield V03 va fissata ai giunti esagonali mediante vite M3 da 10 mm

Nella prossima lezione vedremo come collegare le varie parti elettroniche ed inizieremo con la programmazione del robot.

Buon Making a tutti 🙂

Errori comuni nell’uso di Arduino – ordine esecuzione operazioni matematiche e overflow nei calcoli

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In realtà l’errore che viene commesso non è di carattere informatico, ma puramente matematico, dimenticando l’ordine con cui vengono eseguite le operazioni matematiche.
L’ordine delle operazioni segue le regole di base: moltiplicazioni e divisioni hanno precedenza massima seguono addizioni e sottrazioni. Se si vuole cambiare l’ordine di precedenza bisogna utilizzare le parentesi. Vediamo alcuni esempi.

int valore = 1 + 2 * 3 + 4;

il risultato sarà 11.

// Prof. Michele Maffucci
// Data: 08.02.2020
// Esempio 01: Ordine di esecuzione operazioni matematiche in C

// per stampare una sola volta il messaggio sulla Serial Monitor  
bool abilitaMessaggio = 0;

void setup() {
  // inizializzazione della comunicazione seriale
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // consente di visualizzare sulla Serial Monitor
  // una sola stampa delle stringa
  if (abilitaMessaggio == 0) {
    // ritardo che evita la doppia stampa del messaggio 
    delay(200);
    Serial.println("Calcolo:");
    Serial.println("valore = 1 + 2 * 3 + 4");
    int valore = 1 + 2 * 3 + 4;
    Serial.print("valore = ");
    Serial.println(valore);
    abilitaMessaggio = 1;
  }
}

Per rendere più evidente la sequenza di esecuzione del calcolo possiamo usare le parentesi, pertanto otterremo:

int valore = 1 + (2 * 3) + 4;

Che fornisce sempre il valore 11.

// Prof. Michele Maffucci
// Data: 08.02.2020
// Esempio 02: Ordine di esecuzione operazioni matematiche in C

// per stampare una sola volta il messaggio sulla Serial Monitor  
bool abilitaMessaggio = 0;

void setup() {
  // inizializzazione della comunicazione seriale
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // consente di visualizzare sulla Serial Monitor
  // una sola stampa delle stringa
  if (abilitaMessaggio == 0) {
    // ritardo che evita la doppia stampa del messaggio 
    delay(200);
    Serial.println("Calcolo:");
    Serial.println("valore = 1 + (2 * 3) + 4");
    int valore = 1 + (2 * 3) + 4;
    Serial.print("valore = ");
    Serial.println(valore);
    abilitaMessaggio = 1;
  }
}

Per modificare la precedenza utilizziamo le parentesi:

int valore = ((1 + 2) * 3) + 4;

il risultato sarà 13. Viene eseguito prima il calcolo della parentesi più interna (1+2), poi si passa alla parentesi immediatamente successiva, quindi (3 * 3) e poi il risultato viene sommato a 4.

// Prof. Michele Maffucci
// Data: 08.02.2020
// Esempio 03: Ordine di esecuzione operazioni matematiche in C

// per stampare una sola volta il messaggio sulla Serial Monitor  
bool abilitaMessaggio = 0;

void setup() {
  // inizializzazione della comunicazione seriale
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // consente di visualizzare sulla Serial Monitor
  // una sola stampa delle stringa
  if (abilitaMessaggio == 0) {
    // ritardo che evita la doppia stampa del messaggio 
    delay(200);
    Serial.println("Calcolo:");
    Serial.println("valore = ((1 + 2) * 3) + 4");
    int valore = ((1 + 2) * 3) + 4;
    Serial.print("valore = ");
    Serial.println(valore);
    abilitaMessaggio = 1;
  }
}

Ovviamente, come già spiegato precedentemente, bisognerà sempre fare attenzione che il risultato faccia parte del tipo di dati giusto, ad esempio quando effettuate una divisione tra interi il cui risultato è un numero decimale, o ancora se superate il valore massimo del tipo di dato che state utilizzando. In entrambi i casi il compilatore non vi segnalerà nessun errore.

Vediamo un esempio:

// 60 secondi in un minuto, 60 minuti in un'ora, 24 ore in un giorno
long secondi_in_un_giorno = 60 * 60 * 24;

In teoria, poiché il risultato è 86.400, questo valore potrà essere contenuto in un tipo long.
Ma in realtà il valore realmente memorizzato in “secondi_in_un_giorno” è 20.864.
86.400 supera più di due volte la dimensione di un intero, il calcolo fatto dal compilatore sarà il seguente:
86.400 – 32.768 * 2 = 20.864

// Prof. Michele Maffucci
// Data: 08.02.2020
// Esempio 04: Ordine di esecuzione operazioni matematiche in C
//             errore di calcolo dovute al tipo del dato (dimensione massima).

// per stampare una sola volta il messaggio sulla Serial Monitor  
bool abilitaMessaggio = 0;

void setup() {
  // inizializzazione della comunicazione seriale
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // consente di visualizzare sulla Serial Monitor
  // una sola stampa delle stringa
  if (abilitaMessaggio == 0) {
    // ritardo che evita la doppia stampa del messaggio 
    delay(200);
    Serial.println("Calcolo (errato) numero di secondi in un giorno:");
    Serial.println("secondi_in_un_giorno = 60 * 60 * 24");
    long secondi_in_un_giorno = 60 * 60 * 24;
    Serial.print("Secondi in un giorno = ");
    Serial.println(secondi_in_un_giorno);
    Serial.println("Errore! Il valore doveva essere: 86.400");
    Serial.println("L'errore si verifica perchè il compilatore considera i numeri di tipo int.");
    abilitaMessaggio = 1;
  }
}

Ciò accade perché il compilatore C dell’IDE di Arduino vede un’espressione aritmetica composta da soli numeri interi e quindi considera il risultato come tipo int. Per evitare questo problema bisogna dire al compilatore che deve trattare l’intera espressione come un long aggiungendo L al primo valore che viene valutato nell’espressione:

long secondi_in_un_giorno = 60L * 60 * 24;

// Prof. Michele Maffucci
// Data: 08.02.2020
// Esempio 05: Ordine di esecuzione operazioni matematiche in C
//             Uso corretto del tipo long.

// per stampare una sola volta il messaggio sulla Serial Monitor  
bool abilitaMessaggio = 0;

void setup() {
  // inizializzazione della comunicazione seriale
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // consente di visualizzare sulla Serial Monitor
  // una sola stampa delle stringa
  if (abilitaMessaggio == 0) {
    // ritardo che evita la doppia stampa del messaggio 
    delay(200);
    Serial.println("Calcolo corretto del numero di secondi in un giorno:");
    Serial.println("secondi_in_un_giorno = 60L * 60 * 24");
    long secondi_in_un_giorno = 60L * 60 * 24;
    Serial.print("Secondi in un giorno = ");
    Serial.println(secondi_in_un_giorno);
    Serial.println("Giusto! Abbiamo detto con la L che l'intera espressione è da trattate come un long.");
    Serial.println("");
    abilitaMessaggio = 1;
  }
}

Attenzione sempre alle parentesi!
Se le utilizzate ad esempio come nell’esempio che segue farà andare in overflow il risultato:

long secondi_in_un_giorno_piu_uno = 1L + 60 * (60 * 24);

// Prof. Michele Maffucci
// Data: 08.02.2020
// Esempio 06: Ordine di esecuzione operazioni matematiche in C
//             L'uso non corretto delle parentesi fa andare in overflow il risultato.

// per stampare una sola volta il messaggio sulla Serial Monitor  
bool abilitaMessaggio = 0;

void setup() {
  // inizializzazione della comunicazione seriale
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // consente di visualizzare sulla Serial Monitor
  // una sola stampa delle stringa
  if (abilitaMessaggio == 0) {
    // ritardo che evita la doppia stampa del messaggio 
    delay(200);
    Serial.println("Calcolo errato somma 1 al numero di secondi in un giorno");
    Serial.println("secondi_in_un_giorno_piu_uno = 1L + 60 * (60 * 24)");
    long secondi_in_un_giorno_piu_uno = 1L + 60 * (60 * 24);
    Serial.print("Secondi in un giorno + 1 = ");
    Serial.println(secondi_in_un_giorno_piu_uno);
    Serial.println("Sbagliato! Attenzione sempre alle parentesi!");
    Serial.println("Se le utilizzate ad esempio come indicato farà andare in overflow il risultato");
    abilitaMessaggio = 1;
  }
}

mentre la seguente espressione non farà andare in overflow il calcolo:

long secondi_in_un_giorno_piu_uno = 1 + 60 * (60L * 24);

// Prof. Michele Maffucci
// Data: 08.02.2020
// Esempio 07: Ordine di esecuzione operazioni matematiche in C
//             L'ordine del calcolo viene stabilito dalle parentesi, in questo modo
//             il calcolo non farà andare in overflow il risultato.

// per stampare una sola volta il messaggio sulla Serial Monitor  
bool abilitaMessaggio = 0;

void setup() {
  // inizializzazione della comunicazione seriale
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // consente di visualizzare sulla Serial Monitor
  // una sola stampa delle stringa
  if (abilitaMessaggio == 0) {
    // ritardo che evita la doppia stampa del messaggio 
    delay(200);
    Serial.println("Calcolo errato somma 1 al numero di secondi in un giorno");
    Serial.println("secondi_in_un_giorno_piu_uno = 1 + 60 * (60L * 24)");
    long secondi_in_un_giorno_piu_uno = 1 + 60 * (60L * 24);
    Serial.print("Secondi in un giorno + 1 = ");
    Serial.println(secondi_in_un_giorno_piu_uno);
    Serial.println("Corretto! Il calcolo inizierà dalle parentesi tonde.");
    Serial.println("E' stata aggiunta la L al primo operando tra le parentesi tonde.");
    abilitaMessaggio = 1;
  }
}

Buon Coding a tutti 🙂

Arduino – Utilizzo dell’LCD1602 Keypad Shield della Keyestudio

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Questo post è dedicato ai miei allievi Paolo e Sami 🙂 della 3B Automazione, che amano i videogiochi platform a cui ho assegnato un’attività di PCTO in cui è richiesto appunto la progettazione di un gioco elettronico di tipo platform con Arduino.
A tal proposito, per ridurre i tempi di prototipazione verrà usato un LCD Keypad Shield della Keystudio, il tutto verrà poi inserito in un contenitore stampato in 3D, sempre progettato dai due studenti e che dovrà ricordare un Game Boy.

Per le specifiche tecniche della scheda seguire il link allegato, seguono alcune indicazioni della scheda ricavati dalla pagina del prodotto ed alcuni link a risorse per la produzione di semplici videogiochi con Arduino.

La shield della Keyestudio integra su di esso un display LCD 1602 e sei pulsanti ed si inserisce su qualdsiasi scheda Arduino UNO R3 compatibile. Il display può comunicare con la scheda Arduino in due modi: ad 8 bit o a 4 bit, la connessione predefinita del display è a 4 bit. Come riportato nell’immagine che segue, al di sotto del display sono presenti 5 pulsanti di controllo (Seleziona, Su, Giù, Sinistra, Destra) e un pulsante di reset, che è collegato direttamente al reset della scheda Arduino.

I 5 pulsanti sono collegati all’ingresso analogico A0, quindi potrete monitorare lo stato dei pulsanti utilizzando un solo ingresso analogico di Arduino. Attenzione però che potrete monitorare solamente la pressione di un pulsante alla volta, quaindi la pressione contemporanea di due o più pulsanti non potrà essere identificata. La shield è inoltre dotata di un trimmer che permette la regolazione della retroilluminazione dell’LCD.

Nel caso si abbia la necessità di utilizzare i restanti pin di Arduino, non utilizzati per il controllo del display, è possibile saldare sulla scheda pin passanti femmina.

Nello sketch che segue, modificato leggermente rispetto a quello usato da Keystudio, la pressione di ogni singolo pulsante, ad esclusione del reset, corrisponderà ad uno specifico valore restituito dall’analogRead sul pin A0, la pressione di ogni pulsante restituirà un valore numerico all’interno di un intervallo specificato, così come indicato nell’immagine precedente, ciò permetterà quindi di intercettare quale pulsante è stato premuto.
I valori dell’analogRead corrispondenti al pulsante premuto verranno visualizzati anche sulla SerialMonitor.

Nei commenti nel codice la spiegazione di ogni sezione.

/*
 * Prof. Michele Maffucci
 * Utilizzo dell'LCD Keypad Shield della Keystudio
 * Data: 08.02.2021
 */
 
// inclusione della libreria LiquidCrystal.h
#include <LiquidCrystal.h>

// inizializza la libreria con i numeri dei pin dell'interfaccia
LiquidCrystal lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7);

void setup() {
  // impostazione del numero di colonne e righe del display
  lcd.begin(16, 2);
  Serial.begin(9600);
  // Stampa 5 puntini per dare la sensazione di avvio programma
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    lcd.print(".");
    delay(250);
  }
  // Posiziona il cursore in colonna 0 e riga 0
  lcd.setCursor(0, 0);
  // Stampa il messaggio
  lcd.print("Salve Mondo!");
}

void loop() {
  // Posiziona il cursore in colonna 0 e riga 0
  lcd.setCursor(0, 1);
  // Stampa il numero di secondi dall'avvio
  lcd.print(millis() / 1000);

  // Memorizza in val il valore presente su A0
  int val = analogRead(A0);

  // Stampa il valore di val sulla Serial Monitor
  Serial.println(val);

  // In funzione del pulsante premuto val assumerà valori diversi
  if (val >= 0 && val <= 50)
  {
    lcd.setCursor(5, 1);
    lcd.print("Destra  ");
  }
  else if (val >= 50 && val <= 150)
  {
    lcd.setCursor(5, 1);
    lcd.print("Su'     ");
  }
  else if (val >= 150 && val <= 300)
  {
    lcd.setCursor(5, 1);
    lcd.print("Giu'    ");
  }
  else if (val >= 300 && val <= 500)
  {
    lcd.setCursor(5, 1);
    lcd.print("Sinistra");
  }
  else if (val >= 500 && val <= 750)
  {
    lcd.setCursor(5, 1);
    lcd.print("Set     ");
  }
}

Di seguito alcuni link a giochi in cui viene sfruttato un l’LCD 1602 e in cui potreste utilizzata la shield della Keyestudio.

Nel caso in cui fosse necessario realizzare caratteri o icone personalizzate consultare: Disegnare caratteri personalizzati con Arduino per un LCD 16×2

Buon divertimento 🙂

Supporto per motore a spazzola kit ELEGOO

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La quasi totalità dei miei studenti, per svolgere le attività di sperimentazione di elettronica e automazione a casa e a scuola in questo periodo di crisi pandemica, ha acquistato uno dei molti kit ELEGOO in cui, anche nella versione base del kit, sono presenti tutti i componenti per svolgere le prime esercitazioni di automazione. All’interno dei diversi kit è presente un motore CC a spazzola 3-6 V come quello indicato nell’immagine che segue a cui è possibile connettere una ventola.

Questo semplice motore viene utilizzato in diverse esperienze di laboratorio: marcia e arresto, controllo di velocità e molto altro. Per far si che il banco di lavoro sia ordinato ho realizzato in 3D tre elementi che permettono di disporre il motore su un supporto di legno ricavato da una comune bacchetta di legno 20×20 mm che può essere acquistata in qualsiasi brico.