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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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Installare Arduino su Raspberry Pi Zero

PiZero-Arduino01
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-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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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:

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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.

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Buona sperimentazione a tutti.

RaspberryPi Zero nelle mie mani

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Il Raspberry Pi Zero è il più piccolo ed economico tra le versione prodotte e certamente molti si chiederanno quali potrebbero essere i campi di impiego di un simile “nano PC”, certamente il mio interesse è di tipo didattico, penso solo all’allievo che non giunge a scuola con una chiavetta USB ma con un PC che letteralmente può stare in un portafoglio. Ma immaginate a qualsiasi sistema di automazione che richiede un’interfaccia web o ad una interfaccia realizzata ad esempio con Processing…
o ad esempio…
nò! lo racconterò tra qualche settimana 🙂 sorprese e idee didattiche in costruzione.

Fare una recensire di questo PC lillipuziano non richiede grande sforzo perché in realtà non bisogna configurare nulla. I tempi di installazione del sistema operativo sono rapidissimi, circa 15 minuti, (le prove sono state fatte con NOOBS che al suo interno contiene Raspbian), non ci sono altre configurazioni da effettuare se non selezionare la lingua e il tipo di tastiera.

Vediamo cosa c’è di nuovo.

Piccolo e sottile, dimensioni da carta di credito: 65mm x 30mm x 5mm
31 mm se consideriamo i connettori delle prese USB, veramente piccolo!

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Nella fotografia che segue il paragone tra un RaspereyPi 3 (prossimamente la recensione) e il PiZero.

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Per abbattere i costi di produzione processore e memoria non hanno performance elevate, “con 5$ non si possono fare i miracoli”, 512 MB di RAM con un processore ARM a singolo core da 1GHz (stesso processore del B+ a A+). La memoria è collocata al di sopra del processore.

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Le caratteristi dell’alloggiamento della MicroSD è il medesimo di quello utilizzato per i modelli B+ e ePi2 collocato però nella parte superiore (lato componenti) e questa volta è di tipo push-pull e non push-push modalità che preferisco perché evita estrazioni accidentali della scheda SD.

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Per quanto riguarda il video siamo in presenza di una mini HDMI standard che permette con un adattatore, acquistabile a parte, di connetterlo a qualsiasi televisore. In questo modello non è presente l’uscita jack da 3.5mm del composito, tuttavia potete prelevare il segnale PAL o NTSC tramite due piazzole disposte nella posizione indicata nell’immagine che segue. Per chi invece desiderasse collegarlo ad un monitor VGA esistono degli adattatori mini HDMI – VGA.

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Così come nell’ A+ anche il PiZero non dispone di un hub USB integrato questo vuol dire che potete utilizzare una sola porta USB, inoltre non è di tipo standard si tratta di una ‘USB On-The-Go’. Per collegare un dispositivo USB avrete necessità di un adattatore da micro USB tipo B a USB tipo A.
Se dovrete connettere più dispositivi USB dovrete utilizzare un hub USB esterno, anche non alimentato, ma ovviamente per connettere HD esterni dovrete munirvi di un hub USB alimentato.
Se serve potrete alimentare il PiZero anche attraverso l’hub connettendo il cavo di alimentazione, costituito da un connettore di tipo USB micro ad una delle porte dell’hub (ovviamente attraverso il cavo di alimentazione non passa nessun dato).

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Per mantenere il PiZero il più semplice possibile non troverete saldato il connettore maschio GPIO, ma se lo desiderate potrete acquistarlo e saldarlo.

La procedura per installare installare il sistema operativo è estremamente semplice:

  • Pagina download RaspberryPi
  • Scaricate l’ultima versione di NOOBS
  • Preparate una SD formattata in FAT32
  • Copiate sulla scheda SD

A questo punto la domanda che già mi è stata posta via Facebook potrebbe essere: “ma dove hai acquistato il prodotto?”

Come sicuramente già saprete appena il PiZero venne presentato lo scorso novembre, nel giro di un paio di giorni andò in out of stock, stessa cosa è accaduto circa 10 giorni fa però questa volta ho avuto la prontezza di effettuare l’acquisto su Pimoroni, dove ho dovuto acquistare, perché unica disponibile, il kit Explorer pHAT Elettronica Kit:

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All’interno del kit trovate qualche componente elettronico per fare semplici esperimenti di elettronica, tra tutti utilissimo l’explorer pHAT che aggiunge funzionalità utili, come ad esempio l’interfacciamente con schede a 5V (come molte schede Arduino), ponti H per pilotare motorini elettrici, sensori analogici.

Funzionalità del pHAT:

  • API Python
  • Quattro ingressi analogici Four analog inputs
  • Due ponti H
  • 4 input a 5 volt Four buffered 5V tolerant inputs
  • 4 output a 5V

pHAT che trovate nel kit sopra segnalato è compatibile anche con tutte le varianti a 40 pin della GPIO (Raspberry Pi 2 / B + / A + / zero).

Indispensabili inoltre gli adattatori USB B ad USB micro e l’adattatore mini HDMI ad HDMI

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Dai primi test posso dirvi che sono pienamente soddisfatto, sia per quanto riguarda la navigazione che l’utilizzo dei programmi precaricati: da LibreOffice all’utilizzo di Python e Scratch.

La mia curiosità ovviamente è quella di programmare Arduino, proverò nelle prossime ore e costruire un sistema integrato, piccolo ed economico costituito dal PiZero + Arduino da portare sempre con me 🙂

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E per connettersi ad internet, una piccola chiavetta WiFi connessa all’hub USB, che non ha richiesto nessun tipo di configurazione se non ovviamente l’inserimento della password della mia rete WiFi.

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Nei prossimi post cercherò di mostravi come aggiungere l’audio su PiZero e come utilizzare la GPIO.

PiSchoolbag – la borsa “degli attrezzi didattici”

Pensieri nati nei ritagli di tempo, tra un’interrogazione e la pausa dell’intervallo scolastico…

Versione beta del Raspberry Pi Schoolbag (PiSchoolbag) un semplice contenitore stampato in 3D che racchiude la borsa “degli attrezzi didattici”, una borsa della scuola che serve per rendere bello e divertente un’oggetto informatico versatile e di bassissimo costo formato da: Raspberry Pi 2, display touch, il tutto alimentato da una batteria lipo ricaricabile.

Immagino l’insegnante di sostegno che consegna all’allievo con necessità specifiche la PiSchoolbag su cui sono stati realizzati dal professore ausili software con Scratch personalizzati per lo studente, ma potrebbe anche diventare la borsa personale multimediale dell’allievo di scuola elementare, o ancora un pratico sistema di controllo per impianti elettrici industriali con interfaccia realizzata ad esempio in Processing… e molto altro.

La versione 2, per ora uno scarabocchio disegnato sull’ultima pagina del mio registro personale della 2Be 🙂 prevede tracolla e coperchio di protezione display e piccola telecamera… ma per ora e solo uno scarabocchio.

(titoli di coda… si ringrazia la figlia Sara per le riprese 🙂 )

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Come installare Scratch per Arduino (S4A) su Raspberry Pi

s4a

Continua la serie di appunti per i miei prossimi corsi su Raspberry Pi progettati per insegnanti e studenti e poi poiché sarò un futuro “Animatore Digitale” 🙂 dovrò pur divertirmi ad animare tecnologicamente 🙂

Inserisco come nota la procedura per installare S4A su Raspberry Pi, procedura estremamente semplice, anche in questo caso 1 solo comando da terminale e tutto va a buon fine. In questo brevissimo tutorial do per scontato che Arduino per Raspberry Pi sia già installato, per sapere come fare seguite il mio tutorial: Programmare Arduino su Raspberry Pi
L’IDE Arduino serve solamente per caricare firmware S4A e per la programmazione con S4A non è obbligatorio installare l’IDE, il firmware può essere caricato mediante altro computer su cui è installato Arduino.

Passo 1

Usando il Browser Epiphany su Raspberry Pi andate sul sito di riferimento di S4A 

s4a-01

Passo 2 Continua a leggere