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Introduzione alla stampa 3D – presentazione

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Ho iniziato a scrivere questo breve tutorial poco prima dei problemi di salute che mi obbligarono a fermarmi nell’aprile scorso. In quel periodo ebbi la richiesta di realizzare una serie di corsi di modellazione e stampa 3D per fare didattica nella scuola elementare, media e superiore, un lavoro estremamente corposo che dovetti mio malgrado interrompere.

Come alcuni di voi sapranno, per chi mi segue su Facebook, ho realizzato qualche settimana fa un corso di stampa 3D per il Comando Militare Esercito Piemonte e nel breve ne incomincerò un’altro indirizzato per insegnanti della scuola secondaria di secondo grado del mio istituto e nei prossimi mesi realizzerò un percorso di robotica che parte dal coding, passa per la stampa 3d e giunge alla robotica.

Ho ripreso quegli appunti per strutturare il prossimo corso e riproporrò a voi alcune parti, tutto molto semplice pensando prima di ogni cosa a chi nulla sa di questi argomenti.

Come saprete ho incominciato ad occuparmi di stampa 3D per un’esigenza pratica, avevo bisogno di prototipare rapidamente i miei robot ma il motivo nascosto e che modellare e stampare in 3D  mi diverte tantissimo è affascinante vedere come layer dopo layer l’idea prende forma. Ritengo che gli stessi processi mentali che adottiamo per progettare qualsiasi cosa cambiano.

Non posso promettervi in questa fase le lezioni legate ai materiali o al descrivere come è fatta una stampante 3D, lo farò se riesco più avanti, però pubblicherò le esercitazioni che farò svolgere settimanalmente ai miei miei colleghi.

Le esercitazioni riguarderanno l’uso di alcuni software di modellazione 3D dal più semplice TinkerCAD adatto per ogni livello di scuola ai più impegnativi: Fusion 360, Openscad ecc…

Impegni permettendo pubblicherò anche la parte inerente i software di slicing e consigli per ottenere buone stampe 3D.

Le esercitazioni avranno cadenza settimanale (circa) e si incomincerà da venerdì prossimo.

Anticipazione

Le prime esercitazioni saranno dedicate all’uso di TinkerCAD che ritengo ottimo per uso didattico, inoltre rendendo pubbliche queste esercitazioni spero di poter regalare a molti colleghi alcuni elementi utili per strutturare un loro percorso di stampa 3D da offrire ai propri studenti.

Ritengo che per imparare ad utilizzare un software è bene concentrarsi su progetti pratici di interesse per lo studente quindi proporrò tre esercitazioni:

Progetto 1

Per conoscere le funzioni di base del software di modellazione, inizieremo con un portachiavi monogramma. Imparerete come spostare, ridimensionare, tagliare, raggruppare insieme oggetti e preparare il progetto per la stampa 3D.

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Progetto 2

Un comodo porta auricolari che vi aiuterà ad avere il cavo sempre in ordine evitando rotture e nodi.

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Progetto 3

Un supporto da scrivania per il vostro smartphone

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Bene a questo punto vi aspetto per venerdì prossimo e come sempre:

Buona sperimentazione a tutti 🙂

 

Buone Feste e…. un piccolo regalino per voi

papillonUn sincero augurio ai mieistudenti, amiciepassanti. Spero che queste vacanze sianopiene di serenit e attivit creative con tuttal’elettronica che vi piacesia essaArduino oRaspberry Pi o quello che desiderate.

Un abbraccio.

Regalo: Un Papillon da stampare in 3D ed indossarein queste feste di Natale e Capodanno.

P.S. Buona sperimentazione a tutti 🙂

I miei prossimi corsi – Insegnare a progettare il proprio apprendimento con il coding e il creative computing

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Vi segnalo il corso gratuito che condurrò nel mese di dicembre prossimo sul coding e robotica a Torino. Mascotte del corso sarà certamente DotBot: lo starter kit open source per l’insegnamento del coding e della robotica. Con DotBot cercherò di mostrare come fare coding a scuola (elementare, medie, superiori) usando la robotica. Per chi fosse interessato darò suggerimenti su come progettare un percorso didattico che parte dalla stampa 3D e giunge alla programmazione del robot.

Questa la presentazione.

Il GLIP attivo presso l’Ufficio Scolastico Territoriale di Torino in collaborazione con il CTS (Centro Territoriale di Supporto – Nuove Tecnologie e Disabilità) di Torino e Provincia promuove un corso sul “Creative Computing” e coding per agevolare lo sviluppo del pensiero strutturato (computational thinking) assieme al pensiero creativo mediante la programmazione. (Dispone prot.n. 15780/U C 14 a del 28/10/2016).

Destinatari: docenti di sostegno e curriculari provenienti da scuole di ogni ordine e grado di Torino e Provincia.

Formatori e Tutor d’aula: prof. Michele Maffucci, prof.ssa Claudia Para.

Metodologie: il corso si svolgerà con metodologia laboratoriale utilizzando la metodologia blended, con il supporto di una piattaforma e-learning e software open source gratuito utilizzabile on-line o installabile su qualsiasi computer.

Date del corso:

  • 7/12/2016
  • 14/12/2016
  • 16/12/2016
  • 19/12/2016

L’orario del corso sarà dalle ore 15.00 alle ore 18.00

Argomento:

Insegnare a progettare il proprio apprendimento con il Coding e il Creative Computing per l’ampliamento delle competenze digitali per le STEM – Science, Technology, Engineering and Mathematics
Preparazione di esempi pratici e applicabili in classe, volti al miglioramento delle competenze logiche e matematiche, al miglioramento delle capacità organizzative degli allievi mediante l’uso del coding e della robotica educativa utilizzando software opensource gratuiti di programmazione con forte grado di interattività.
Esempi di didattica inclusiva in cui l’aspetto ludico/creativo viene utilizzato per migliorare le capacità progettuali e di relazione, favorendo lo scambio reciproco ed il peer learning.

Il corso si svolgerà nel laboratorio della sede Arduino dell’IIS “Gobetti Marchesini Casale Arduino”, in via Figlie dei Militari, 25 – Torino.
Le iscrizioni dovranno pervenire entro il giorno 5/12/2016 utilizzando il form presente al seguente link:

LINK

La conferma dell’avvenuta iscrizione sarà data via mail.
Saranno ammessi un massimo di 30 docenti in base all’ordine di arrivo delle domande.

DotBot S – il piccolo robot per i vostri primi esperimenti di coding con Arduino

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Mio figlio: “papà ma non è che tu sei un po’ fissato per la robotica?” 🙂
Io: “sicuramente figlio! Ma io al tuo Pokémon Go preferisco DotBot” 🙂

Le avventure di DotBot continuano…

Durante l’ultima Mini Maker Faire di Torino mi è stato chiesto se mi aspettassi altro da DotBot oltre che la mia personale azione didattica ed ho risposto in questo modo:
creare oggetti fisici utili per l’apprendimento è per me parecchio stimolante inoltre il feedback che ne ricevo dagli utenti induce ovviamente alla relazione e allo studio continuo aggiungendo ogni volta l’esperienza anche di altri, quindi utilissimo anche per sperimentare altre azioni didattiche”, quindi alla fine tratto DotBot come un catalizzatore per fare anche altro.
In un certo senso sto cercando di applicare il metodo Lean Startup con DotBot in modo da fare piccoli passi di “innovazione” (per me) senza sprechi per giungere a qualcosa di interessante.

La versione di DotBot che conoscete è il frutto di una serie di prototipi realizzati nei mesi passati. Negli scorsi giorni ho ripreso una delle primissime idee, rielaborando alcune parti, ed in un paio di giorni ho realizzato una piccolo robottino che abbiamo chiamato DotBot S, molto semplice nella forma e nelle funzionalità, ma proprio per questo ritengo utile per chi incomincia con l’elettronica e il coding, con la speranza che altri ne facciano un branch… per dirla alla git e producano altro.

Durante la mia convalescenza alcuni utenti (studenti) mi hanno chiesto di portare avanti il progetto EduRobot e per ottimizzare gli sforzi ho deciso di unirlo al progetto DotBot creando un elemento che facesse da ponte tra le due sperimentazioni molto simili, questo elemento di unione è appunto DotBot S che porta con se le idee che poi sono state utilizzate anche sul fratello maggiore DotBot.

Ma qual é l’idea?
La necessità di avere uno strumento multifunzionale da unire ai vari starter kit di Arduino, italiani e non originali o compatibili 🙂 che permettesse di avere una base di lavoro dove disporre scheda e breadboard per effettuare le prime sperimentazioni per poi trasformarla con pochissimi elementi in un semplicissimo robot su cui poter effettuare espansioni personali, ho immaginato ad esempio gli studenti di scuola elementare e media che caratterizzano con cartoncino colorato DotBot S.
Gli elementi di blocco (come si possono notare nelle fotografie che seguono) per scheda Arduino e breadboard non fanno uso di viti metalliche e permettono di assemblare il tutto rapidamente, le viti vengono usate esclusivamente per la composizione della configurazione Robot.

Questa versione di DotBot è stata pensata certamente per tutti coloro che intendono incominciare le prime sperimentazioni con Arduino e la robotica, ma soprattutto per gli insegnanti che si trovano nella condizione di dover realizzare atelier digitali ed implementare subito con i propri allievi strutture robotica semplici da montare, immaginando il percorso: modellazione 3D, stampa 3D, coding.
Nelle prime fasi di sperimentazioni il rischio di sprecare materiale e tempo è abbastanza elevato pertanto avere sussidi che abbiano costi bassi credo sia essenziale, deciderà poi l’insegnante se sperimentare con altre tipologie di robot come ad esempio il più grande DotBot.

Giusto per chiarire, per chi si aspetta una versione di DotBot con funzioni simili all’apina BeeBot come promesso dico che è già fatta, stiamo solo cercando di ridurre i costi, DotBot S non è la risposta a questa necessità, DotBot S è un’altra cosa.

Ma quanto costa realizzare DotBot S?

Pensando ad una stampa in PLA con un costo di 22 € al kg abbiamo scelto di ridurre leggermente la qualità scegliendo lo spessore del layer di 0,3 mm e riempimento al 15% il costo complessivo di produzione, comprensivo di consumi elettrici è di circa € 1,30.
Noterete anche nelle fotografie che la qualità di stampa volutamente non è alta semplicemente per questione di costi (ed è anche un po’ una scusa per non dire che la stampante necessitava di taratura… ho le cinghie della stampante da sostituire 🙂 )

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Spesso abbiamo notato che le scuole medie e superiori acquistano i soliti starter kit Arduino quindi a questi sarà sufficiente aggiungere poco di più, due servomotori una batteria da 9V ed un sensore ad ultrasuoni.

Perché i servomotori a rotazione continua?
Perché volevamo evitare, almeno in questa fase, l’uso di shield motori e ridurre la complessità per gli studenti più giovani, dopo di che, poiché tutto è open lascio ad altri modifiche al progetto con l’uso dei motori che si preferisce.

In aggiunta se la necessità è risparmiare si possono sempre effettuare lavori di gruppo e magari divertirsi e sperimentare del project learning.

Lista della spesa

N. 2 servomotori a rotazione continua
N. 1 scheda Arduino
N. 1 sensore ad ultrasuoni HC-SR04
N. 1 batteria da 9V
N. 1 connettore per batteria 9V con jack 2,1×5 mm
N. 14 viti M3 da 10 mm
N. 14 dadi M3
N. 2 biglie di vetro da 16 mm
N. 2 elastici da 50 mm
pin di connessione tra breadboard e servomotore.

Se possedete già una scheda Arduino in versione originale o compatibile, il costo più elevato risiede nei servomotori a rotazione continua, che possono essere acquistati ad una cifra di circa 12 € l’uno, dovreste riuscire a rimanere sotto la soglia dei 30 € che ritengo decisamente economico.

Lascio alla vostra fantasia e a quella dei vostri studenti implementare attività didattiche interessanti, basterebbe ad esempio un sensore ad infrarossi ed un qualsiasi telecomando per TV per avere robot comandati a distanza quindi con pochi euro possiamo aumentare parecchio le possibilità di sperimentazione.

Ho immaginato tanti DotBot S pilotati a distanza mediante i telecomandi che ogni studente si porterà casa. In un’attività ad esempio di educazione stradale, i DotBot S diventano le automobili su cui ogni studente deve agire.
Immagino l’attività di apprendimento della composizione di una frase in italiano, su di un piano vengono dispose le parti mischiate di una frase e con bambini con i DotBot S devono percorrere la strada giusta per comporre correttamente la frase.
Ma ancora l’attività in cui i bambini imparano ad usare Thinkercad stampando dei numeri dopo di che i numeri vengo disposti a terra. Con dei DotBot S i bambini potrebbero, mediante telecomando che comanda il robot, spostare i numeri nell’insieme pari e nell’insieme dispari. Attività simili si possono pensare con vocali e consonanti, oppure forme geometriche, ecc… Insomma l’attività didattica diventa un’incredibile attività laboratoriale e la robotica una materia trasversale a tutte le discipline.

Cosa succederà ora?
Come già scritto in precedenti articoli, DotBot e DotBot S saranno oggetti che utilizzerò nei prossimi mesi e ciò che ho suggerito come attività di sperimentazioni didattiche diventeranno vere attività implementate da colleghi che hanno dimostrato forte interesse per il progetto. Ovviamente ne faremo dei report che verranno pubblicati.

Nel messe di agosto organizzerò dei CoderDojo e attività di formazione gratuite su robotica ed Arduino presso il mio paese di origine e proprio in quella occasione farò scorrazzare per la piazza del paese un po’ di DotBot e DotBot S, ma ne darò notizia nei prossimi giorni.

Alcuni suggerimenti che giungono da mia figlia che frequenta le scuole medie: “papà ricordati che i ragazzi amano personalizzare quindi dagli la possibilità per aggiungerci elementi: faccine, occhi, tentacoli, orecchie…”

Ok allora mi metto a lavoro,
meno male che ho la figlia che mi sta con il fiato sul collo 😃

Spero che questa mia idea possa essere utile.

Per prelevare i sorgenti stl per la stampa seguite il link che vi porterà sulla pagina Dotbot-io su thingiverse.

Di seguito le fasi di montaggio.

Come si evince dall’immagine il kit è costituito da pochissime parti, 14 sono gli elementi da stampare.

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Inserimento della breadboard da 400 fori. In commercio troverete due misure di questa breadboard che differiscono di pochi millimetri l’una dall’atra. Gli elementi di blocco permettono il fissaggio di tutte e due le tipologie di breadboard.

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Controlliamo DotBot con Arduino

DotBot

Questo tutorial è la prima bozza di parte delle lezioni di “Alfabeto Arduino con DotBot” per l’apprendimento dell’uso di Arduino mediante lo starter kit open source per l’insegnamento del coding e della robotica che abbiamo chiamato DotBot.
Sperimenterò questa prima parte durante il corso di cui sarò relatore presso l’IIS Cassato Gattapone (Gubbio): “Apprendimento attivo con Raspberry Pi e Arduino”.

Nel tutorial che segue illustro un schema estremamente semplice per la realizzazione del controllo di DotBot effettuata con Arduino con i relativi sketch di esempio è può essere considerato la base di partenza per ogni sperimentazione basata appunto su Arduino.
Per il pilotaggio dei motori ho utilizzato l’Arduino Motor Schield R3 di cui ho già effettuato un tutorial nei giorni scorsi (Utilizzo dell’Arduino Motor Shields R3) ed è propedeutico a questa lezione.

Più avanti aggiungerò esempi pratici con ulteriori sensori e inoltre mostrerò come far funzionare DotBot come segui linea e utilizzando soluzioni con motorini passo-passo. Vi saranno ulteriori lezioni basate su Raspberry Pi 3 e programmazione in Python e successive approfondimenti sull’uso di ROS (Robot Operating System).

L’intero tutorial sarà basato sulle indicazioni costruttive di DotBot che trovate descritte nell’articolo: DotBot: lo starter kit open source per l’insegnamento del coding e della robotica che ricordo potete stampare in 3D seguendo le indicazioni che trovate nell’articolo.
In ogni caso se non avete stampato DotBot potrete tranquillamente applicarlo al robot che disponete.

Ricordo che la rotazione, senza il controllo dei numeri di giri, dipende dalla carica delle batterie, quindi per ogni test effettuare un controllo ed eventualmente modificare la variabile: “tempoRotazione” che potrete poi tarare mediante la funzione calibrazioneRotazione() che trovate nell’ultimo sketch proposto. La soluzione ottimale per il controllo preciso del robot prevede l’uso di motorini con encoder, che mostrerò in lezioni successive.

Ovviamente anche la soluzione proposta in questo tutorial risulta approssimata (ed anche dettata da un risparmio economico) ricordo che lo scopo è comprenderne il funzionamento del movimento di DotBot, lascio a voi i successivi perfezionamenti.

Potrete sostituire alle batterie che io ho utilizzato, batterie ricarrabili, o pacchi batterie con autonomia maggiore che potrete fissare utilizzando gli appositi fori predisposti sullo chassis

Componenti utilizzati

  • Arduino UNO R3
  • Arduino Motor Shield R3
  • Sensore ad ultrasuoni HC-SR04

Montaggio del circuito

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Ribadisco, come già indicato nel tutorial: Utilizzo dell’Arduino Motor Shields R3 che sono state fornite due alimentazioni diverse una per la scheda Arduino ed una per i motori, per effettuare tale operazione è indispensabile effettuare il taglio del “Vi connect

Come evidenziato i due motori sono stati collegati con polarità invertita in quanto per muovere in avanti il robot le due ruote dovranno muoversi in senso opposto.

Negli esempio che seguono verranno di volta aggiunte nuove funzioni, la lista completa è la seguente:

setupDotBot()

Imposta i pin dell’Arduino Motor Shield

driveDotBot([motore], [direzione], [velocità], [brake])

La funzione è da leggersi in questo modo:
driveDotBot pilota il [motore] (0 per A, 1 per B) in senso [direzione] (0 o 1 – orario o antiorario) a velocità [velocità] (tra 0 e 255), [brake] attiva o rilascia blocco motore.
I motori vanno avanti fino a quando non gli verrà detto di fermarsi.

stopDotBot([motore])

ferma il motore [motore] (0 o 1).

rotazioneOraria()

gira il robot di 90° in senso orario

rotazioneAntioraria()

gira il robot di 90° in senso antiorario

distanzaOstacolo()

restituisce la distanza in cm dell’ostacolo rilevato

paragonaDistanze()

verifica la distanza dell’ostacolo che si trova a distanza maggiore dal robot

scegliDirezione();

sceglie la direzione da prendere in funzione della distanza a cui si trova l’ostacolo

La spiegazione del funzionamento d ogni parte del codice è inclusa all’interno dello sketch come commento.

Nota per lo studio:
i 6 sketch proposti variano solo nel loop per la realizzazione delle funzioni richieste, la variazione tra uno sketch e l’altro consiste nell’aggiunta di poche linee di codice, sarà quindi necessario effettuare uno studio preliminare di tutte le parti dello sketch 1.

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