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DotBot è su Facebook

Per rispondere prontamente alle richieste dei numerosi utenti che desiderano informazioni più precise su DotBot, abbiamo deciso di aprire una pagina dedicata su Facebook in modo da mantenere un diario aggiornato di tutto ciò che stiamo sviluppando e sperimentando, quindi dal nostro banco di laboratorio a voi per sapere come evolve la nostra proposta di robot open source per fare coding a scuola, progetto che è nato e si sta sviluppando con lo sforzo e la passione di docenti della scuola superiore e ricercatori dell’università.

Cosa riserva il futuro?
Comunicazione tra DotBot diversi
Sviluppo di una versione dedicata per la scuola elementare

e molto altro…

DotBot-pagina-facebook

Progetto automazione e internet of things con Raspberry Pi

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E’ da tempo che sto pensando di ristrutturare il laboratorio di domotica che ho nella mia scuola, aggiungendo agli apparati di note aziende del settore, anche sistemi fortemente open e gratuiti a basso costo e facilmente espandibile in modo che gli studenti possano poi avere uno spettro più ampio sulle tecnologie disponibili. Ovviamente il lavoro per riformulare la didattica in tal senso è enorme e quindi il mio intento era quello di assegnare una serie di tesine di maturità ad allievi di buona volontà 🙂 tesine da usare come mattoni di partenza per aggiungere nei prossimi anni scolastici argomenti nuovi.

Fortunatamente ho avuto l’occasione di conoscere alcune settimane fa via e-mail Rocco Musolino, un bravissimo programmatore che mi ha inviato la segnalazione del suo splendido lavoro, che è parte della sua tesi di laurea magistrale e tratta appunto del controllo di sistemi a 433mhz mediante Raspberry Pi, quindi se desiderate sperimentare “un vero IoT” provate il lavoro di Rocco Musolino, io lo farò certamente con le mie classi 4′ e 5′ elettrici.

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Grazie quindi a Rocco, che mi ha inviato la sua recensione che vi allego, però vi invito alla consultazione del suo sito su cui trovate un tutorial ben dettagliato che vi guiderà passo passo all’installazione del sistema.

Nelle prossime settimane sul sito di Rocco Musolino il PDF della tesi con il lavoro completo.

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Di seguito la sua presentazione.

Il progetto iot-433mhz nasce con l’idea di offrire una dashboard o “centralina” di controllo per sensori e attuatori funzionanti sulla frequenza 433mhz, già largamente diffusi sul mercato.
La dashboard è costruita usando interamente tecnologie per il Web e rilasciata sotto licenza MIT, open source.
Persino l’unità di controllo, che gestisce la comunicazione seriale con il gateway di trasmissione radio (un arduino connesso a dei moduli radio operanti a 433mhz) è realizzato in Javascript e basato su Node.js.

Node.js garantisce alte performance e un supporto multipiattaforma: Windows, Mac, Linux. Quindi se sul vostro sistema è possibile installare Node.js ed il suo gestore di pacchetti NPM, allora il software può tranquillamente essere installato velocemente ed eseguito senza alcun problema.

Sulla pagina git ufficiale del progetto è presente la documentazione che meglio spiega come effettuare l’installazione sui vari OS e le relative dipendenze necessarie.
Sulla pagina dedicata all’Hardware invece, una panoramica sui moduli radio consigliati e i dispositivi radio con cui il software è compatibile.
Sono molti i dispositivi radio con cui è possibile interagire, prese telecomandate, sensori di movimento piroelettrici e sensori per porte e finestre magnetici.

La peculiarità del progetto, oltre a garantire una pratica dashboard di controllo, in linea con le guidelines di google sul Material Design, è quella di aver la possibilità di sviluppare parallelamente un sistema che si appoggi alle API offerte da iot-433mhz, per estenderne le capacità o personalizzarne i casi d’uso.
Ogni singola API è documentata sulla repository ufficiale. L’interazione è immediata e da poco sono stati introdotti i webHooks, componenti che similmente alle API, estendono le capacità del sistema, permettono di registrare una URL all’interno del sistema stesso e far si che venga richiamata al verificarsi di un evento.

Un’altra feature interessante sono le notifiche Telegram. Telegram è uno dei pochi client di messaggistica che permette la creazione di Bot automatici. Ogni istanza di iot-433mhz installata su un PC è in grado di comunicare con un unico back-end che gestisce per l’appunto l’interazione con il bot telegram. Attivare le notifiche telegram per il proprio account è semplice, basta andare nelle Impostazioni copiare la stringa che appare e incollarla al bot @my_iot_bot. Dunque ogniqualvolta un’allarme armata scatterà, il sistema attraverso il bot di telegram lo farà sapere all’utente in tempo reale.

Il progetto iot-433mhz è attualmente giunto alla versione 1.0.24, e viene costantemente aggiornata per risolvere bug o introdurre nuove feature.
E’ utilizzabile in “produzione” e si contano già oltre 1000 download (npm), 104 stars e 7 fork. Che non è affatto male considerando si tratti di un progetto nuovo, altamente specifico, pensato per hobbysti e in generale appassionati di automazione e domotica.

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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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