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DotBot: lo starter kit open source per l’insegnamento del coding e della robotica

DotBot

Finalmente dopo alcuni mesi di lavoro siamo giunti alla versione definitiva dello starter kit di robotica educativa il nome è: DotBot

Questo kit è pensato per essere utilizzato nella didattica, per qualsiasi ordine di scuola, dalle scuole elementari alle superiori ed oltre ed ovviamente per i più piccoli della scuola elementare è necessaria l’assistenza di un adulto.

Ma di cosa si tratta e come è nato questo progetto.

Come più volte detto su queste pagine ho sempre avuto il desiderio di costruire un percorso di robotica che partisse dalla stampa 3D di tutti gli elementi del robot per giungere poi alla programmazione e costruire un kit che ogni scuola potesse autoprodursi nel proprio FabLab scolastico…
d’altronde non stanno arrivando ulteriori finanziamenti per realizzarli nelle scuole del primo ciclo?

Un po’ di storia.

Durante lo scorso anno scolastico ebbi la fortuna di conoscere un brillante dottorando del Politecnico di Torino, Ludovico Russo, che sia per ricerca che per passione si occupa di robotica e nello specifico è un esperto nell’uso di ROS. Nell’anno passato sono stato coinvolto, insieme al collega Maurizio Scebba, ad un ciclo di formazione su ROS presso il Joint Open Lab Crab di Telecom Italia, centro ricerche che ha sede presso il Politecnico di Torino, uno dei formatori era appunto Ludovico, da allora è nata un’amicizia, entrambi ci occupiamo di ricerca lui sulle tecnologie robotiche al Politecnico ed io di robotica ed automazione industriale alle superiori, quindi entrambi “super-appassionati” di robotica e maker incalliti 😃

Spesso ci siamo confrontati sull’idea di insegnare robotica in una maniera totalmente diversa rispetto a quanto viene svolto attualmente a scuola ed abbiamo una nostra, credo originale proposta sulla didattica della robotica. Per sviluppare la didattica, così come la stiamo progettando, abbiamo pensato ad un kit di base che lo studente potesse portare con se durante tutto il suo percorso formativo, dalle medie alle superiori, per imparare coding in maniera assolutamente attiva interagendo con il mondo esterno.
A me piace pensare alla mascotte robotica che lo studente porta con se e personalizza di anno in anno, più le competenze dello studente aumentano maggiore sarà il livello di interazione dell’automa con il mondo esterno.
Quindi non più il tablet ma un robot su cui è collocato un computer che lo studente potrà utilizzare sia per fare coding e robotica ma anche per utilizzarlo come semplice computer per altre attività didattiche.
Immaginate ad una valigetta che si trasforma alla bisogna in robot o computer desktop (non è una fantasia ma un progetto che espande DotBot) 😉

Ma come realizzare uno strumento di questo genere?

Prima di ogni cosa abbiamo pensato alla “nostra realtà scolastica”, la realtà delle scuole italiane, ma non dei grandi istituti tecnici nelle grandi città, ma al restante 99% delle scuole che non dispongono di budget enormi.

Quindi è indispensabile disporre di una struttura relativamente economica e semplice da assemblare, ma soprattutto facile da espandere, uno starter kit robotico da costruirsi a casa o in laboratorio, pensato per essere stampato in 3D in PLA o tagliato a laser realizzandolo in compensato.
Durante i nostri incontri, tra pizzerie, chiacchierate ad ore impensabili via skype, nei ritagli di tempo, abbiamo incominciato a progettare, io ho mostrato a Ludovico le mie sperimentazioni con EduRobot e lui le sue creazioni, da questi incontri è nato DotBot.

A che punto siamo?

Io mi sono occupato della progettazione dello struttura e Ludovico sta progettando l’IDE di programmazione basato su ROS e programmabile, per i ragazzi più grandi in C++ e Python già funzionante in versione beta su qualsiasi versione di RaspberryPi. E’ nostra intenzione, tempo ed energia fisica permettendo, implementate versioni con interfaccia grafica semplificata “alla Scratch” per gli studenti di scuola elementare e media.

Il kit robotico ovviamente permette anche un controllo con Arduino ed è proprio questo che io intendo utilizzare nel breve con i miei studenti.

Tutto il progetto dallo struttura meccanica al software è sotto licenza Creative Commons, quindi utilizzabile da tutto “l’universo conosciuto” in maniera assolutamente gratuita, ovviamente non è permessa la commercializzazione.
Ritengo quindi che questo lavoro possa essere di estremo interesse per molti, soprattutto colleghi ed allievi che non dispongono nelle proprie scuole di finanziamenti importanti per fare un “coding creativo” 🙂

Spero quindi che questo nostro lavoro possa essere utile, soprattutto per far didattica, quindi copiate, incollate e modificate, sia l’hardware che il software ed ovviamente se avete necessità di supporto per questo kit su Arduino, RaspberryPi e ROS chiedete pure a me e Ludovico, saremo ben lieti di aiutarvi.

Vi preannuncio già che questo kit con il relativo software saranno utilizzati da me e da Ludovico per implementare corsi su ROS e Arduino sia all’università che nelle scuole superiori ed in prossimi eventi pubblici.

Ovviamente di tutto ciò che abbiamo prodotto ne abbiamo fatto un test con i ragazzi ed è nostra soddisfazione dirvi che l’oggetto, nella sua semplicità, funziona e piace, spero quindi che possiate darcene anche voi riscontro (sia positivo che negativo) e grazie in anticipo se farete adottare DotBot ai vostri allievi.

A questo punto… costruiamo!

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Utilizzo dell’Arduino Motor Shields R3

Per il controllo dei motori di molte delle mie sperimentazioni robotiche spesso utilizzato l’Arduino Motor Shields R3 che permette agevolmente di pilotare motori in corrente continua tra cui anche motorini passo passo. In questo breve articolo vi mostrerò un rapido utilizzo, che aggiungerà al percorso di robotica in cui propongo la costruzione di un robot didattico partendo dalla stampa 3D dello chassie per giungere alla programmazione del robot.

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Il controllo motori in analisi è basato sull’integrato L298P prodotto da ST microelectronics, che come detto consente anche il controllo di motorini passo passo.

Specifiche tecniche

  • Tensione di funzionamento: 5V a 12V
  • Controller motori: L298P, controllo di 2 motori DC o 1 motore passo-passo
  • Corrente massima: 2A per canale o 4A massima (con alimentazione esterna)
  • Rilevamento di corrente: 1.65V / A

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Come potete osservare nell’immagine i pin della shields si allineano perfettamente con la versione dell’Arduino UNO R3.

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La Motor Shields è dotata di due canali con cui è possibile pilotare due motorini DC e 1 motore passo passo.
La scheda dispone inoltre di 6 ingressi/uscite per il collegamento dei dispositivi del Tinkerkit di cui però non parlerò in questo tutorial.
Con un’alimentazione esterna lo shield può fornire fino a 12V e 2A per canale motore o 4A su un singolo canale. L’obiettivo è quello di realizzare il “kit di robotica di base” e per contenere i costi farò uso, per questa prima versione, di comunissimi motorino DC, come quelli riportati nell’immagine che segue che possono essere acquistati a costi molto contenuti su qualsiasi store cinese on-line. Certamente non aspettatevi prestazioni elevate, ma sono sufficienti per incominciare. Continua a leggere

I miei corsi: Apprendimento attivo con Raspberry Pi e Arduino

Nei giorni venerdì 1/4 e sabato 2/4 sarà presso l’IIS Cassato Gattapone (Gubbio) come relatore per il corso: “Apprendimento attivo con Raspberry Pi e Arduino”, il corso è indirizzato a docenti e studenti di ogni ordine e grado. L’iniziativa rientra all’interno dell’evento “C’era una volta un pezzo di legno” giunto alla seconda edizione ed organizzato dalla Rete di scuole di Gubbio, tema dell’evento: student voice e la didattica per competenze.

Un grazie particolare al Dirigente Scolastico David Nadery per l’invito presso il suo Istituto.

Programma dell’evento:

  • venerdì 1 aprile, ore 9.00 -12.30: laboratori con gli alunni delle scuole di ogni ordine e grado;
  • venerdì 1 aprile, ore 15.00 -18.00: sessioni di attivazione didattica con i docenti divisi per ambiti disciplinari (Storia, Lingua italiana, Matematica, Elettronica/Informatica);
  • sabato mattina, in plenaria, presso IIS Cassata Gattapone, Via del Bottagnone 40 Gubbio, report conclusivi dai laboratori e l’intervento di Alison Cook Sather (University of Pennsylvania), ricercatrice di fama internazionale sullo student voice.

Nel dettaglio, i laboratori di venerdì 1 aprile (ore 15,00 – 18,00), destinati agli insegnanti, saranno tenuti sui seguenti ambiti disciplinari:

STORIA – Antonio Brusa (Università di Bari) e Romana Scandolari (Museo delle scienze di Trento).

Titolo: “Il Guinness dei Primati” – Gioco di simulazione sull’evoluzione umana.

MATEMATICA – Pietro Di Martino (Università di Pisa).

Titolo: “La macchina di ferro senza cuore”: l’intreccio matematica-emozioni nei racconti autobiografici degli studenti.

ELETTRONICA/INFORMATICA – Michele Maffucci (IIS Galilei Ferrari Torino).

Titolo: “Apprendimento attivo con Raspberry Pi e Arduino”.

LINGUA ITALIANA – Ermelinda De Carlo (Università di Perugia).

Titolo: “Come fare cose con le storie” (storie, autobiografie e digital curricula story).

Per maggiori informazioni sul programma e modalità di iscrizione vi invito a consultare la pagina predisposta sul sito dell’istituto.

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Robot Beginner KIT V2 – ARDUINO UNO REV3

È un periodo di intensa sperimentazione e come avrete avuto modo di notare sono alle prese con un serie di kit di robot che sto costruendo, a prima vista questa attività potrebbe sembrare un mero esercizio tecnologico che discosta dall’obiettivo, ovvero far didattica, in realtà la ricerca è quella di costruire il giusto robot che “calza” con la didattica che ritengo importante svolgere, quindi non il “super kit robotico” ma oggetti semplici da aggiungere alla cassetta degli attrezzi del docente che vuole svolgere queste attività. Alcuni, privatamente via e-mail mi hanno chiesto se io mai avessi acquistato kit per la costruzione di robot, o se ne avessi fatto uso in classe, o più semplicemente: “Michele non ho una stampante 3D e non riesco a realizzare prototipi, mi consigli kit che poteri acquistare?” Domande di questo genere mi vengono poste spesso da colleghi, genitori, studenti e poiché mi sento soprattutto in debito verso questi ultimi, risponderò prendendo in analisi alcuni robot che posseggo la cui costruzione non richiede, almeno nelle prime fasi, competenze specifiche, sarà sufficiente saper usare un cacciavite e in alcune occasioni essere in grado di effettuare delle semplici saldature a stagno, la fase di costruzione si esaurisce in breve tempo dopo di che ci si potrà concentrare sulla programmazione.

Per ogni kit mostrerò le fasi costruttive passo passo, e proporrò alcuni semplicissimi sketch per il controllo del robot, da questi potrete partire per migliorare ed espanderne le funzionalità.
L’obiettivo è come sempre quello di porre le basi di partenza, semplificare la fase di start up e permettere di avere un tutorial di partenza che potrete impiegare per i vostri scopi a scuola o con i vostri figli, quindi come sempre se questo breve percorso vi soddisferà copiate ed incollate 🙂

Da dove partire?

Prendo in analisi il Robot Beginner KIT V2 – ARDUINO UNO REV3, che mi è stato gentilmente donato da ROBOT DOMESTICI che ringrazio a nome mio e dei miei studenti. Per chi desiderasse acquistarlo, partendo da questo sito, potrà ottenere uno sconto del 5% sul prezzo indicato sul sito utilizzando il codice di sconto: CC-RD-16.

Quindi grazie a ROBOT DOMESTICI che mi ha permesso di aggiungere alla dotazione del laboratorio scolastico un nuovo sussidio didattico.

Il kit che vi segnalo è probabilmente tra i più diffusi a livello didattico, io stesso iniziai a pensare ai miei robot stampati in 3D osservando con attenzione questo kit, caratterizzato dalla semplicità del montaggio e dalla versatilità, infatti permette di aggiungere, secondo le esigenze, ulteriori dispositivi elettronici in modo molto semplice. Sul sito di ROBOT DOMESTICI troverete manuali ben dettagliati (in lingua italiana)  che mostrano le fasi costruttive e sketch di esempio, il tutto potrà essere realizzato in circa 1 ora di lavoro.

Il montaggio non richiede l’acquisto di ulteriori parti, tutto è incluso, addirittura il cacciavite a stella per il montaggio meccanico.

Cosa include il kit

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Installare Arduino su Raspberry Pi Zero

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Installare Arduino su Rasperry Pi Zero è estremamente semplice e tutto il processo si riduce a pochissimi comandi da eseguire al terminale, quindi come sempre un breve post come nota per impostare articoli e corsi futuri in modo che lo studente possa realizzare una piattaforma portatile ed estremamente economica per programmare microcontrollori.
Ricordo che sto utilizzando un computer da 5$ (escluso mouse, tastiera e cavetteria varia e monitor) ed una scheda Arduino, quindi con meno di 50€ si può avere una piattaforma completa per studiare (tutte le materie) e programmare… Un bel regalino che lo studente Maker potrebbe farsi regalare per la promozione 🙂

La versione dell’IDE Arduino ehe potrete installare dal repository Raspbian è la 1.0.5 che non è l’ultima disponibile ma perfettamente funzionate per il nostro computer tascabile.

Il processo di installazione può essere eseguito nel medesimo modo anche per le altre schede RaspberryPi.

Prima di procedere con l’installazione di qualsiasi pacchetto dal repository Raspbian è sempre consigliabile eseguire un aggiornamento di sistema con i due comandi:

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

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PiZero-Arduino03

PiZero-Arduino03b

Per l’installazione digitare da terminale il comando:

sudo apt-get install arduino

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PiZero-Arduino04b

PiZero-Arduino04c

Al termine dell’installazione, prima di eseguire l’IDE Arduino, dal terminale eseguire i comandi:

sudo usermod -a -G tty pi
sudo usermod -a -G dialout pi

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questi due comandi vi permetteranno di aggiungere l’utente pi (utente di default) ai gruppi tty e dialout.

Al termine dell’installazione troverete la voce Arduino nei menu Elettronica e Programmazione.

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PiZero-Arduino08

A questo punto potrete eseguire l’IDE Arduino.

Dal menù Strumenti -> Tipo di Arduino assicuratevi che sia selezionata la scheda Arduino Uno:

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Selezionate la porta seriale (ttyACM0):

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Come test eseguite il solito blink:

PiZero-Arduino11

PiZero-Arduino12

Come vedete nell’immagine che segue ho collegato Arduino all’hub USB, ne caso ad esso abbiate collegato ad es. degli HD esterni è molto probabile che vi necessiterà un hub USB alimentato.

PiZero-Arduino13

Buona sperimentazione a tutti.