Robotica

Il progetto ha avuto come obiettivo quello di creare un automatismo in grado di scegliere un cocktail direttamente da smartphone (android) e realizzarlo in automatico.

Come detto, Galvano nasce dalla volontà di realizzare un robot umanoide all’interno di un percorso didattico. Si tratta di un robot in grado di replicare molti movimenti umani grazie a 19 gradi di libertà.

La scheda di controllo è stata appositamente sviluppata dagli studenti in collaborazione con l’associazione no profit Elettra Robotics Lab,  è stata battezzata Poldino-servo-board, dedicata al pilotaggio dei servomotori. Rispetto ai robot umanoidi commerciali di taglia paragonabile, presenta la mobilita dell’anca sull’asse Z, molto importante per orientare il robot.

   L’IDE di sviluppo è Pinguino, ma la cosa importante per questo robot è la possibilità di provare i movimenti. A tale scopo è stato sviluppato dagli studenti un software per provare le posizioni in tempo reale. Si tratta di un pannello nel quale si regolano i valori dei vari servo e si invia la posizione al robot. La comunicazione avviene tramite porta seriale, ed usa un protocollo hand shaking. Una volta provata la posizione, è possibile salvarla generando direttamente il listato che può essere editato e modificato in ambiente Pinguino.

Altro punto importante, è la realizzazione del movimento point to point, ovvero, ogni movimento ha un inizio ed una fine delimitato dalle varie scene salvate, tra le scene i servo si muovono in modo da iniziare e finire il movimento assieme. Ciò vuol dire che i servo che dovranno muoversi meno saranno più lenti.

   La parte più difficile e formativa da attuare è stata la camminata, in questo movimento infatti vi sono molte variabili da considerare, oltre la parte software vi è un notevole impatto da parte della meccanica, soprattutto hanno un ruolo molto forte di disturbo i giochi meccanici, che rendono difficile la stabilizzazione del movimento.

   Il progetto è stato portato avanti all’interno del progetto didattico EduRobot, attivo presso l’IIS Cobianchi dall’AS 15/16. Il gruppo di studenti che lo ha sviluppato è misto, ovvero proveniente da più indirizzi di studio, ed è così composto:

Chikhaoui Hamza (classe 5 Elettronica)

De Gaspari Lorenzo (classe 4 Informatica)

Rizzi Fabio (classe 4 Elettronica)

Per l’associazione ERL, il progetto è stato seguito da Alberto Mazzaccaro ed Andrea Greco.

   Viper III è un robot calciatore nato per le competizioni della Robocup Junior Under 19, categoria Open League (fino a 2,4kg). Il robot è in grado compiere movimento omnidirezionale, la sua trazione è basata su 4 ruote motrici con relative ruote omnidirezionali, il cui movimento è opportunamente combinato e gestito dall’unità di controllo.

E’ derivato dai precedenti Viper 1 e Viper 2, rispetto ai precedenti, Viper III presenta vari miglioramenti Hardware e sofware.

Il robot è quindi in grado ci compiere le seguenti azioni:

• rilevare la posizione della palla arancione
• spostare la telecamera su due assi (pan e tilt)
• rilevare marker colorati sul campo.
• rilevare l’orientamento grazie ad una bussola elettronica
• rilavare la distanza dalle pareti
• rilavare le linee bianche che delimitano il campo
• rilevare il possesso palla
• catturare la palla con il rullo di cattura
• calciare la palla verso la porta avversaria, grazie ad uno stantuffo elettromagnetico.
• comunicare con il compagno di squadra tramite modulo Blue Thoot

Il telaio del robot è composto da tre dischi di policarbonato e relative colonnine. Tutte le schede di gestione del robot sono auto costruite, ad eccezione dei sensori ad ultrasuono e bussola, che sono sensori commerciali. La scheda madre è interamente auto costruita ed è basata sul microcontrollore ad 8 bit PIC 18F66k80, superiore al precedente 18F4525. La visione artificiale è attenuta tramite una camera Pixy interfacciata mediante I2C.

  Il progetto è stato portato avanti all’interno del progetto didattico EduRobot, attivo presso l’IIS Cobianchi dall’AS 15/16. Su tale progetto è attivo un protocollo di collaborazione con associazione no-profit Elettra Robotics lab. Il gruppo di studenti che lo ha sviluppato è misto, ovvero proveniente da più indirizzi di studio, ed è così composto:

Bellorini Matteo (classe 5 Elettronica)

Micheloni Alessandro (classe 5 Elettronica)

Cantoreggi Federico (classe 5 Elettronica)

Dal Molin Luca (classe 4 Informatica)

Vitale Marco (classe 4 Telecomunicazioni)

Per l’associazione ERL, il progetto è stato seguito da Filippo Marcodin e Christian Conti.

   L’idea nasce dal prof. Raimondo Sgrò e dalla sua esperienza pluriennale con la robotica e le competizioni robotiche. Al Cobianchi il progetto è stato attivato dall’AS 15/16 anno in cui il prof. Sgrò vi si è trasferito, dopo aver attivato progetti simili in provincia. Il progetto si articola su più livelli, partendo da un corso base in aula, prevalentemente frontale, per poi passare al corso avanzato ed alle competizioni robotiche.

   L’ida di base è motivare gli studenti ed avvicinarli alle discipline tecnico scientifiche mediante un approccio meno frontale e più accattivante. La robotica offre un eccellente appeal verso gli studenti ed è una scienza complessa e ricca di molti aspetti che possono essere usati sul piano didattico e dell’apprendimento.

  Durante il corso base, si affrontano i temi fondamentali della disciplina, in particolare la struttura del robot, elementi di elettronica informatica e meccanica. La parte pratica viene effettuata usando vari strumenti del laboratorio di elettronica, con prevalenza l’utilizzo di kit robotici di media complessità.

  Il corso avanzato prevede delle parti di studio più approfondito, e vede l’alternarsi delle lezioni frontali con fasi di sviluppo in gruppo. Con l’avanzare del corso le lezioni frontali diradano lasciando spazio ai gruppi di lavoro che si sono formati. Ogni gruppo lavorerà su un certo robot o una certa specialità. Questa parte è orientata alle competizioni RoboCup Junior ed alle sue specialità robotiche. Gli studenti lavorano in equipe con responsabilità distribuite ed in dipendenza dal loro back ground scolastico. Al corso avanzato infatti, prendono parte gli studenti del triennio dei corsi di specializzazione tecnici dell’istituto, il gruppo può risultare quindi molto eterogeneo. Un lavoro di approccio può essere rappresentato dall’adeguamento o la modifica di robot già esistenti, mentre la parte più avanzata, peri i gruppi che hanno maggiore esperienza e preparazione, è rappresentata dalla realizzazione di nuovi robot, dallo sviluppo e progetto delle loro parti.

Rif

La robotica negli istituti tecnici industriali: tra motivazione giovanile, innovazione e realta’ territoriale R. Sgrò, Roboscuola  Vicenza 2010

La robotica educativa: gruppi di progetto nella società della conoscenza. R. Sgrò,

Atti Didamatica 2011, Torino 6, Maggio 2011

Le competenze della vita attraverso  la robotica educativa - R. Sgrò, F. Poletti

Didamatica 2013 Pisa, 7-8-9 Maggio 2013

Il progetto si svolge nell’aula LEIS, unica aula LEGO in Puglia, finanziata con fondi FESR (a.s.2013/2014). Realizza un percorso di innovazione didattica per lo sviluppo di competenze di problem setting, posing and solving, cooperative learning, peer education dei nativi digitali, abituati a “pensare con le macchine”. Dalle indagini OCSE-PISA si rileva un’alta correlazione tra i risultati ottenuti nei test delle materie scientifiche ed alcuni fattori di contesto: non sembra affatto trascurabile, come fattore determinante per la scarsa motivazione allo studio, la scarsa attrattività dei programmi scolastici e il mancato collegamento con il mondo del lavoro. Per questo abbiamo immaginato l’Aula di Robotica come un ambiente di apprendimento duale, cioè virtuale e reale, nel quale rispondere ai bisogni educativi dell’utenza liceale, non esente dal fenomeno dell’abbandono e della demotivazione: il processo di cambiamento in atto innova la prospettiva di insegnamento/apprendimento e rende necessario ripensare strumenti, metodologie e ambienti che consentano agli studenti di acquisire competenze disciplinari e trasversali maturando quelle SKILLS FOR LIFE  ormai irrinunciabili per ridurre quel deficit di professionalità nelle discipline STEM declinato soprattutto al femminile. La robotica, dunque, per superare il divario di genere: inserite in un contesto di apprendimento innovativo, le studentesse sono coinvolte in situazioni problematiche nelle quali spendere qualità “femminili” come spirito di iniziativa, resilienza, creatività: dal progettare un robot a quali strumenti (hardware e software) utilizzare, dalla codifica del problema alla pianificazione delle azioni operative, dal monitoraggio alla valutazione. Diventare soggetti competenti, interpretare la realtà, progettare strategie per la soluzione del problema, prendere decisioni coerenti con gli obiettivi e portare a termine il processo aiuta le ragazze nella scoperta delle proprie attitudini verso le discipline STEM.

Il CuoreDojo è un progetto che è partito in sordina. Un appello lanciato online da Francesco Piero Paolicelli (Piersoft) e raccolto dal CoderDojo Tolentino, al quale molti hanno risposto con grande entusiasmo. L’organizzazione ha coinvolto due scuole del territorio, le attività hanno spaziato tra diversi temi legati alle tecnologie nella didattica. 

Fase 1: organizzazione e logistica.

L’organizzazione e la logistica di tutta la struttura è durata meno di 2 mesi, è stata molto intensa e ha richiesto una buona dose di energie: una chat Telegram con migliaia di messaggi per organizzare lo spostamento e le attività di 55 Mentor che sono giunte a Tolentino nelle Marche. Le attività hanno coinvolto circa 850 bambini di due istituti comprensivi della zona.

La difficoltà è stata accordare tutti sul da farsi e, in una zona fortemente colpita dal sisma, trovare l’alloggio per ognuno dei Mentor partecipanti al progetto.

Fase 2: Pianificazione delle attività.

Tutta l’organizzazione si è svolta online tramite Google Sheets, Hangout, Telegram. Le attività hanno coinvolto:

• Bambini 5 anni: coding unplugged, cubetto, bee bot, doc;
• Bambini 6-7 anni: coding unplugged, Scratch Jr;
• Bambini 8-10 anni: attività con Scartch;
• Bambini 11-13 anni: Arduino, Robotica, Nao (per alcuni piccoli fortunati);
• Docenti infanzia, scuola primaria e scuola secondaria: formazione gratuita con due massimi esponenti del settore: Caterina Moscetti e Andrea Ferraresso che hanno messo a disposizione le loro conoscenze in maniera gratuita.

Fase 3: Lo svolgimento.

Lo svolgimento è stato pianificato nei minimi dettagli: al mattino si è fatto coding per chi va a scuola il sabato, mentre al pomeriggio abbiamo accolto i bambini di altre scuole e i bambini del tempo pieno. Ogni Mentor ha svolto varie attività con il gruppo che gli è stato assegnato.

FINALITA':     Strettamente correlate alle motivazioni esposte, le finalità a cui tendere sono:  favorire la crescita della cultura scientifico-tecnologica;  promuovere l’acquisizione dei concetti di robot e robotica con maturazione di comportamenti consapevoli;  sviluppare processi di apprendimento personalizzati,  favorire un apprendimento multidisciplinare;  promuovere processi che consentono agli alunni di diventare costruttori del proprio sapere.OBIETTIVI SPECIFICI:   recuperare la manualità come momento di apprendimento superando la consuetudine di separare teoria e pratica, regole ed esercizio.  sviluppare autonomia operativa  fare esperienza di lavoro di gruppo  favorire lo spirito collaborativo e competitivo;  stimolare il pensiero creativo,  accrescere le capacità decisionali, il senso di responsabilità e l’autostima;  sviluppare la capacità di analizzare e risolvere problemi;  costruire macchine “intelligenti” da governare: dalla progettazione alla realizzazione;  acquisire un linguaggio di programmazione.Metodologia Attraverso una metodologia che mira a coinvolgere mani e mente dello studente, si proporranno attività finalizzate alla realizzazione di robot e al loro funzionamento. 

Gli allievi delle classi "opzione R" sono esposti al pensiero computazionale, stimolati al lavoro su progetti, all'autonomia di apprendimento, ad un nuovo approccio per lo studio del latino, all'uso estensivo della lingua inglese, all'apprendimento attivo anche fuori dall'aula scolastica, con la finalità ultima di formare cittadini con competenze digitali ad ampio spettro, consapevoli delle potenzialità e dei limiti delle tecnologie nonchè interpreti della loro realtà. Data la richiesta proveniente dal territorio, si sono subito formate due classi prime di oltre 30 alunni ciascuna che hanno completato il primo anno di corso; le molteplici attività di tipo laboratoriale consentono di indirizzare la specificità dello studente e valorizzare alcuni talenti che rimarrebbero altrimenti nascosti ad una valutazione formale.  Per realizzare la programmazione di queste nuove classi è stata predisposta un'aula tecnologica a basso costo dotata di oltre 30 postazioni studenti e una stampante 3D. Gli elaboratori dell'aula sono Raspberry PI che offrono una piattaforma digitale dotata in particolare di vari ambienti di programmazione (Scratch e Python) per lo sviluppo del pensiero computazionale. La classe si alterna, con scadenza settimanale, tra tale aula informatizzata e un’altra aula con banchi disposti ad isola per una didattica collaborativa. Entrambe le tipologie di aule sono state realizzate per promuovere la metodologia dello scaffolding che pone al centro dell’azione didattica l’autonomia dello studente e descrive l’attività in aula del docente in termini di supporto alle strategie di apprendimento messe in campo dall’alunno stesso. L’interazione della classe con il docente si è avvantaggiata dall’uso intensivo della piattaforma online Google Class, ambiente virtuale protetto da credenziali scolastiche che ha consentito diverse attività ad elevato valore aggiunto: attività costante di supporto all’apprendimento, invio di materiali didattici per l’apprendimento autonomo o collaborativo, repository online come portfolio delle attività ed elaborati dello studente, invio della valutazione dei lavori presentati dallo studente, somministrazione di verifiche digitali con invio degli elaborati sulla mailbox dello studente, sondaggi in tempo reale come verifica immediata dell’apprendimento.

Dopo un'esperienza di circa 10 anni di insegnamento presso le scuole medie superiori e di 5 anni di ricerca scientifica condotta a partire dal periodo di dottorato, presso la facoltà di Ingegneria di Modena, è nata l'idea di ricercare, potenziare e verificare sperimentalmente nuovi metodi didattici per rendere più accessibile l'apprendimento dei concetti teorici dei controlli automatici. I regolatori automatici, quali reti anticipatrici, ritardatrici, PID, costituiscono il cuore di ogni sistema automatico e rientrano nel piano di studio sia del quinto anno degli Istituti Tecnici, sia del corso di Controlli Automatici di Ingegneria. Purtroppo i metodi proposti negli attuali libri di testo si basano su tecniche che ricercano il risultato finale per tentativi, questo rende difficile l'insegnamento, e la valutazione del risultato di un esercizio svolto in classe senza uso di elaboratore. Il metodo studiato, ed esteso ad un più ampio campo di sistemi analogici e discreti durante un'attività di ricerca prende il nome di Formule di Inversione. Per acquisire le abilità e competenze necessarie a stimolare l'interesse degli studenti verso queste problematiche, si è reso necessario studiare un percorso didattico più ampio sull'uso delle tecnologie informatiche (ICT) e dei sistemi elettronici fin dal primo anno delle scuole superiori. La didattica creativa volta alla produzione di video e all'apprendimento della programmazione di robot didattici, sono progetti pensati e in parte realizzati per favorire la partecipazione attiva dello studente al proprio processo di apprendimento mediante l'uso delle nuove tecnologie informatiche, al lavoro di gruppo, alla didattica laboratoriale orientata al problem solving. Prerequisiti questi necessari all'insegnamento di argomenti complessi del quinto anno quali la sintesi dei regolatori automatici.

Negli ultimi anni l'istituto "A. Degasperi" di Borgo Valsugana (TN) ha rivolto particolare attenzione alle esigenze dei giovani e della comunità territoriale, confrontandosi con la realtà quotidiana e guardando al futuro e all'innovazione, promuovendo nuove idee in differenti ambiti tecnologici e umanistici.
Tutto questo ha trovato un'ottima realizzazione nel campo della robotica e precisamente con lo sviluppo del progetto "Robotica e Roboetica" ideato e coordinato dal prof. Costantino Tomasi e svolto insieme ad un gruppo di studenti della 4^ LS e 4^ ASA dell’Istituto, che verrà descritto nel secondo capitolo dell’ Elaborato Finale.
La proposta didattica ha visto l'interazione del mondo umanistico con quello scientifico elaborando in forma modulare argomenti riguardanti l'informatica, l'elettronica, la meccanica, il design, la filosofia, la letteratura, l'etica e la storia, uniti da un unico filo conduttore per la realizzazione del robot “Ulisse”.
Gli studenti, nella prima parte del corso, hanno dimostrato una certa "empatia" verso un'area di maggiore interesse che, sviluppata successivamente nella seconda fase didattica, gli ha portati al raggiungimento dell'obiettivo.
Molta attenzione si è prestata alle tematiche umanistiche e sociali che hanno particolare legame con l'area tecnologico-scientifica della realtà quotidiana. La didattica modulare ha posto lo studente al centro dell'attività, come ad esempio l’ampio o totale spazio nel confrontarsi con i suoi pari in merito agli argomenti proposti, lo svolgimento di attività laboratoriali integrate con contenuti teorici e l'ideazione e realizzazione di prototipi di sistemi meccanici.
Un importante investimento è stato fatto dall'Istituto in termini di strumentazione e materiale didattico: l'acquisto della stampante 3D, delle piattaforme hardware di Arduino e Lego Mindstorm.
Infatti negli ultimi tempi, nell'innovazione didattica sta emergendo, in modo molto chiaro, e ciò lo si evince anche dalla letteratura scientifica in materia e dalle prime ricognizioni promosse dal MIUR, l'utilità delle stampanti 3D e della robotica nelle scuole; strumenti questi che favoriscono ad esempio:
• la pratica di una didattica laboratoriale e multidisciplinare;
• lo sviluppo e l'interazione di competenze su più aree disciplinari;
• l'intelligenza spaziale, ovvero la capacità di comprendere lo spazio tridimensionale;
• lo sviluppo dell'immaginazione;
• l'utilizzo avanzato di software specifici per disegni 3D.