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DotBot al Politecnico di Torino nel corso di Algoritmi e Calcolatori

Come insegnanti e ricercatori pensiamo al progetto DotBot come ad una possibile soluzioni all’azione “dell’imparare ad imparare”, quindi l’informatica a scuola, non solo come materie di studio ma come “meta-materia”, disciplina trasversale ad ogni percorso di apprendimento.
DotBot è quindi da intendere come l’insieme di tool didattici per l’apprendimento del pensiero computazionale prima, e della programmazione poi, a mezzo di sistemi robotici programmabili e connessi. L’idea, come già sottolineato in altro modo in precedenti post, è quindi quella di sviluppare un hardware robotico open source a basso costo, che gli studenti potranno acquistare o autocostruire, unitamente ad una piattaforma online che offra tutorial e materiale didattico pensato sia per studenti autodidatti che per insegnati che vogliano inserire nei propri corsi di informatica l’utilizzo della piattaforma.

Stiamo sviluppando la progettazione di DotBot non solo da un punto di vista tecnico, hardware e software, ma è anche da un punto di vista didattico, quindi sui modi per introdurre DotBot all’interno del curricolo scolastico e questa azione sta seguendo una serie di attività di sperimentazione che abbiamo già condotto con successo in diversi istituti di scuola superiore:

IIS Federico II di Svevia di Melfi (Potenza)
ITIS Avogadro di Torino
IIS Galilei Ferrari di Torino
IIS Cassato Gattapone di Gubbio (Perugia)

Il passo successivo è la sperimentazione in corsi universitari.

Questa mattina DotBot è stato presentato al Politecnico di Torino durante il corso di Algoritmi e Calcolatori, organizzato dai Prof. Paolo Prinetto ed Ernesto Sanchez. Durante il corso il robot verrà utilizzato da 10 Studenti che avranno il compito di svolgere l’attività laboratoriale del corso.

Il corso si occupa di insegnare ai ragazzi del secondo anno di Ing. Elettronica le basi del funzionamento di un Computer insieme a nozioni avanzate di programmazione, veicolate attraverso l’insegnamento delle pratiche di programmazione ad oggetti e del linguaggio C++.

Per sostenere l’esame, oltre a confrontarsi con una prova teorica, ai ragazzi è richiesta anche la presentazione di un progetto pratico sviluppato in C++, solitamente un programma complesso che riprenda le varie nozioni teoriche studiate nel corso.

Quest’anno, per la prima volta, si è deciso di offrire la possibilità a un ristretto numero di studenti di confrontarsi con un progetto che preveda l’utilizzo di interfacce robotiche appositamente ideate per la didattica.

Il progetto DotBot verrà utilizzato da 2 gruppi di ragazzi (5 ragazzi per team, che sono stati scelti in maniera casuale tra gli iscritti al corso). In particolare ad ogni team verrà fornito un kit DotBot (basato su Raspberry) che gli studenti dovranno assemblare e programmare in modo da sviluppare un’applicazione robotica in ROS che permetta ad i due robot di interagire tra loro e con gli studenti tramite una WebApp.

I progetti verrano seguiti da Giuseppe Airò Farulla con il supporto di Ludovico Russo.

DotBot-Politecnico-di-Torino DotBot-Politecnico-di-Torino-02

DotBot – avanzamento lavori e sviluppi futuri

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Scrivo questo post perché ho ricevuto molte mail in cui mi si chiedeva dove reperire ed acquistare i materiali e quali saranno i futuri sviluppi del progetto, ho raccolto le principali domande che mi sono state poste. Ricordo prima di ogni cosa che il progetto sviluppato da me Michele Maffucci e l’amico Ludovico Russo è assolutamente open sia nella struttura che nelle parti software.

Quali sono gli obiettivi del progetto?
L’obiettivo principale del progetto è l’insegnamento del coding per ogni grado di istruzione, sono in progetto software e modifiche di struttura a DotBot (anche diverse dall’attuale forma esagonale) pensate per la scuola elementare, media superiore ed università.
Da quante persone è costituito il gruppo di lavoro?
I fondatori del progetto sono:
Michele Maffucci, insegnate di scuola superiore e per ora mi sono occupato dello sviluppo della struttura meccanica e implementazione codice per Arduino.
Ludovico Russo dottorando presso il Politecnico di Torino e si occupa di Robotica e formazione all’interno del Politecnico ed attualmente è concentrato sullo sviluppo software dell’IDE di programmazione in ROS di DotBot. Al gruppo di lavoro si aggiungeranno studenti delle scuole superiori, insegnanti della secondaria di secondo grado e studenti universitari che ci aiuteranno nello sviluppo delle varie parti della piattaforma.
Sono previste modalità di programmazione alla “Scratch” di DotBot?
Sì, abbiamo implementato una prerelease ancora in alfa, non appena riusciremo ad entrare in versione beta verrà resa pubblica.
Vorrei modificare la struttura di DotBot, posso farlo?
Assolutamente Sì, ti chiediamo solamente di citare il progetto DotBot nei documenti che produrrai e renderai pubblici.
Vorrei acquistare DotBot con tutti i componenti elettronici, come posso fare?
Nel prossimo futuro sì. Siamo insegnanti e non ci siamo mai occupati di vendita, quindi stiamo valutando una forma semplice per permettervi di acquistare DotBot. Prossimamente verrà aperto un sito per raccogliere le richieste e permetterci di valutare la modalità più semplice e veloce per fornire DotBot.
Ma dietro a questa azione di formazione si nasconde una forma di business?
Non nascondiamo nulla, come puoi vedere su questo sito esiste un campo di donazione che mi permette di mantenere questo servizio (dominio, banda usata, tempo, ecc…) e continuare la mia attività di divulgazione che viene fatta per passione e per amore del mio mestiere. Alla stesso modo per portare avanti un progetto di divulgazione scientifica come DotBot sono necessari investimenti in materiali (elettronica, materiale per la stampa 3D, tempo per lo sviluppo, ecc…), quindi sì chi lo vorrà potrà sostenere il progetto con donazione o acquistando i materiali. Secondo noi questo è l’unico modo per portare avanti un progetto di tale entità.
Vorrei usare DotBot nella mia scuola/università attività di formazione all’interno di un CoderDojo, posso farlo?
Sì, è l’obiettivo principale del progetto, ti chiediamo se possibile di inviarci documentazione (fotografie, filmati, relazione, ecc…) in modo che noi lo si possa mettere in evidenza sul futuro sito dedicato.
Potete fornirci la lista dei materiali elettronici da acquistare?
Sì, nel breve forniremo la lista dei materiali consigliati che potrete acquistare da chi vorrete.
Vorrei usare DotBot in attività di formazione a pagamento, posso farlo?
Sì, ti chiediamo di citare il progetto, con link al sito di riferimento di DotBot, per ora, visto che il sito è in costruzione ti chiedo di fare riferimento a questo sito.
Posso vendere DotBot?
No.
Pensate di dare supporto software per pilotare DotBot?
Sì, l’obiettivo è quello di implementare una serie di tutorial da cui partire e permettere alla comunità di migliorare quanto da noi proposto e sviluppare altro software.
Esiste un forum di discussione dove chiedere supporto su DotBot?
Non ancora, nel breve ne verrà aperto uno. Inoltre l’intenzione è quella di implementare una comunità su cui condividere risorse e scaricare liberamente tutti i sorgenti.
Esistono scuole/università che stanno usando DotBot?
Il progetto è appena nato, poco più di un mese, ma è stato già utilizzato in beta in attività di formazione in alcune scuole superiori, FabLab, e nel breve sarà usato all’università, pubblicheremo lista degli enti che adottano DotBot.
L’uso di schede elettroniche è però un po’ complicato per bambini di scuola elementare, consigli comunque l’uso di DotBot?
Abbiamo sperimentato l’uso di DotBot con alcuni allievi, motivati, di scuola media è si riesce a predisporre lezioni coinvolgenti. Per quanto riguarda gli allievi di scuola elementare l’idea è quella di implementare una struttura alla “lego” fatta di moduli funzionali, in cui l’elettronica è nascosta e l’allievo assembla e programma il robot con una filosofia molto simile alla programmazione a blocchi di Scratch, questa fase è stata implementata con un prototipo a cui è stato aggiunto un display oled e altoparlante che permette di implementare messaggi emozionali (esperssioni di un viso), di dimensioni ridotte, comandato con una modalità simile al Bee-Bot, si veda la pre-release nelle immagini allegate a questo post.
Esiste un legame tra il progetto DotBot ed EduRobot?
Sono progetti paralleli, EduRobot ha l’obiettivo di semplificare al minimo i costi di implementazione per sviluppare una didattica della robotica, DotBot è da intendersi come un “forking project” di EduRobot, ma il progetto EduRobot non verrà abbandonato.

Ricordo che i sorgenti per la stampa 3D potete trovarlo su thingiverse
Per quanto riguarda la versione beta dell’IDE in ROS su GitHub
Per l’assemblaggio e la programmazione di DotBot fare riferimento all’articolo:
DotBot: lo starter kit open source per l’insegnamento del coding e della robotica

Momentaneamente, verrà aperto su questo sito una sezione (accessibile con bottone in colonna destra) dove reperire tutte le informazioni pubblicate su DotBot.

Entro la prossima settimana verrà resa pubblica la versione 2 del telaio di DotBot a cui sono state fatte alcune modifiche elencate di seguito con dettagli fotografici:

struttura per motori passo passo 28BYJ-48
struttura per motori passo passo NEMA 17
struttura servo motori a rotazione continua (360°) questo per consentire a chi lo vorrà di non utilizzare uno shield motori aggiuntivo risparmiando sulle spese per l’acquisto dell’elettronica.
sostituzione dei supporti esagonali metallici da 25 mm con struttura stampata in 3D con fori in ogni direzione in modo da avere un elemento multifunzionale per aggancio di altre strutture, questa modifica ha permesso una riduzione dei costi su viti e dadi e l’aumento della velocità di assemblaggio.
Variazioni delle basi di appoggio con fori per: alloggiamenti nuovi motori, sensori per implementare segui linea, passaggio cavi, fissaggio per tutte le tipologie di motori, facilitazione per assemblaggio, predisposizione per terzo livello di DotBot dove poter alloggiare ulteriori elementi (schede elettroniche, adattamenti estetici, ecc…)

Alla nuova versione, con la nuova tipologia di motori, verranno resi pubblici esempi di programmazione.

DotBot-01

DotBot-02

DotBot-03

DotBot-04

Alfa version per studio di fattibilità pensato per bambini di scuola elementare, nella versione successiva i componenti elettronici saranno rinchiusi all’interno di involucri che il bambino assemblerà in modo simile ai mattoncini lego:

pre-release-DotBot-mini-01

pre-release-DotBot-mini-02

pre-release-DotBot-mini-03

Risorse per fare coding a scuola: Google Computer Science Education

1 Replica

google-CS-education

Google ha appena lanciato un nuovo sito dedicato al mondo scuola: Google Computer Science Education una collezione di risorse e applicativi gratuiti per ogni livello di scuola che a mio avviso dovrebbe essere presa in seria considerazione da tutti i colleghi che intendono realizzare percorsi di coding con i propri allievi.

All�interno troverete programmi di apprendimento e tool noti come: Blockly, Blockly Games, Coder e Pencil Code e proprio su quest�ultimo vi consiglio di consultare le risorse e il manuale che oltre ad essere un libro � uno splendido corso di coding, quindi se necessitate di un percorso didattico gi� pronto per voi e i vostri allievi Pencil Code pu� essere una buona soluzione.

Oltre ad imparare l’informatica, � anche possibile utilizzare questo portale per esplorare le opportunit� di borse di studio oppure dal link: �Access Career Opportunities� verificare le opportunit� di lavoro offerte da Google.

Buon lavoro 🙂

Controlliamo DotBot con Arduino

2 Repliche

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

DotBot-Arduino-01

DotBot-Arduino-02

DotBot-Arduino-03

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.

Continua a leggere→

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

17 Repliche

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!

Continua a leggere→

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