Robotica Educativa Progetto - nell'ambito del progetto "SOS Lavoro" - The Biorobotics Institute

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Robotica Educativa Progetto - nell'ambito del progetto "SOS Lavoro" - The Biorobotics Institute
Progetto

                            2014
 Robotica
Educativa
 nell’ambito del progetto
            “SOS Lavoro”
Robotica Educativa Progetto - nell'ambito del progetto "SOS Lavoro" - The Biorobotics Institute
SOMMARIO

1. Introduzione............................................................................................................................................................................................3
2. Caratteristiche del progetto ..........................................................................................................................................................3
3. Le tre fasi del progetto .....................................................................................................................................................................4
4. I contenuti disciplinari ........................................................................................................................................................................4
          4.1. Definizioni .................................................................................................................................................................................4
          4.2. I componenti dei robot ......................................................................................................................................................5
5. Descrizione esecutiva delle tre fasi.............................................................................................................................................7
          5.1. La PRIMA FASE – cosa è un robot? ...........................................................................................................................7
          5.2. La SECONDA FASE – Progettare un Green-Robot ..............................................................................................8
                     5.2.1. Attività 1: Costruire il robot ...........................................................................................................................9
                     5.2.2. Attività 2: Programmare il robot .............................................................................................................10
                     5.2.3. Attività 3: I sensori del robot ......................................................................................................................11
          5.3. La TERZA FASE – Preparazione dell’elaborato finale ......................................................................................13
Robotica Educativa Progetto - nell'ambito del progetto "SOS Lavoro" - The Biorobotics Institute
Robotica Educativa - nell’ambito del progetto “SOS Lavoro”

          1. INTRODUZIONE

La	
  tecnologia	
  è	
  entrata	
  ormai	
  nella	
   vita	
  di	
  tutti	
  i	
  giorni	
   attraverso	
  i	
  dispositivi	
  robotici	
  a	
   casa,	
  a	
  lavoro,	
  
nei	
  servizi	
  e	
   nel	
  tempo	
  libero.	
  Nonostante	
   le	
   nuove	
   generazioni	
  si	
  possano	
  de9inire	
  “native	
  digitali”,	
  in	
  
quanto	
   cresciute	
   immerse	
   in	
   queste	
   tecnologie,	
   molti	
   giovani	
   sono	
   spesso	
   dei	
   semplici	
   utilizzatori	
  
passivi	
  e	
  non	
  conoscono	
  a	
  fondo	
  ciò	
  che	
  sta	
  dietro	
  a	
  tali	
  innovazioni.
In	
   questo	
   contesto	
  è	
   ritenuta	
   opportuna	
   un’opera	
   di	
  divulgazione	
  della	
  cultura	
  tecnico-­‐scienti9ica	
  che	
  
possa	
   colmare	
  queste	
   lacune,	
  cominciando	
  dalla	
  scuola,	
  luogo	
  di	
  preparazione	
   culturale	
   e	
   sociale	
   delle	
  
nuove	
  generazioni	
  per	
  poi	
  ottenere,	
  in	
  prospettiva	
  temporale,	
  una	
  diffusione	
  nella	
  società	
  in	
  generale.
La	
  robotica	
   è	
   uno	
  strumento	
  fortemente	
   interdisciplinare	
  ed	
   estremamente	
  coinvolgente	
  per	
  i	
   giovani,	
  
che	
   riesce	
   a	
   suscitare	
   curiosità	
   e	
   ad	
   avvicinare	
   i	
   ragazzi	
   alla	
   scienza	
   e	
   alla	
   tecnologia	
   in	
   modo	
  
spontaneo	
  ed	
  ef9icace.
Il	
  presente	
   progetto	
  si	
  propone	
  di	
  fornire	
  ai	
  giovani	
  degli	
  strumenti	
   per	
   comprendere	
  meglio	
  che	
   cosa	
  
sia	
  un	
  robot,	
  come	
  funziona,	
  quali	
   sono	
  i	
  campi	
  di	
  utilizzo,	
   in	
  modo	
  da	
   poter	
  divenire	
  degli	
  utilizzatori	
  
consapevoli	
  ed	
  essere	
  ipoteticamente	
  a	
  loro	
  volta	
  dei	
  futuri	
  innovatori	
  e	
  creatori	
  di	
  nuove	
  tecnologie.
Inoltre,	
   per	
  l’anno	
  scolastico	
   2013-­‐2014	
   si	
  è	
   deciso	
   sull’orientare	
  l’introduzione	
   alla	
   robotica	
   su	
   una	
  
tematica	
  attuale	
  ed	
  in	
  linea	
  con	
  le	
  direttive	
  nazionali	
  e	
  comunitarie:	
  la	
  salvaguardia	
  ambientale.

          2. CARATTERISTICHE DEL PROGETTO

Il	
   progetto	
   propone	
   delle	
  attività	
   che	
   non	
  sono	
  argomenti	
  consueti	
  ai	
  programmi	
   ministeriali	
  per	
  cui	
  
qui	
   di	
  seguito	
   si	
  illustreranno	
  le	
   caratteristiche	
   globali	
   del	
   progetto,	
   la	
   programmazione	
  temporale,	
   i	
  
contenuti	
   disciplinari	
   ed	
   altre	
   informazioni	
   che	
   possono	
   essere	
   d’aiuto	
   ai	
   professori	
   al	
   9ine	
   di	
  
comprendere	
  ed	
  partecipare	
  in	
  modo	
  più	
  ef9icace	
  e	
  soddisfacente	
  possibile.

Obiettivo	
  dell’attività:	
  
     - Capire	
  come	
  funziona	
  un	
  robot	
  e	
  imparare	
  ad	
  individuare	
  le	
  parti	
  che	
  lo	
  compongono.	
  
     - Conoscere	
  i	
  principi	
  di	
  funzionamento	
  dei	
  sensori.
     - Acquisire	
  le	
  prime	
  basi	
  di	
  programmazione	
  di	
  robot.
     - Conoscere	
  come	
  la	
  robotica	
  può	
  aiutare	
  l’uomo	
  nella	
  difesa	
  dell’ambiente.
     - Realizzare	
  un	
  semplice	
  robot	
  che	
  aiuti	
  l’uomo	
  nella	
  salvaguardia	
  ambientale.

Classi	
  che	
  hanno	
  aderito:
                           Scuola                                                                   Classi                            Studenti
    1      L.	
  Scienti9ico                             Enriques                                    2	
  classi                       40
    2      L.	
  Scienti9ico                             Cecioni                                     2	
  classi                       36
    3      I.	
  Tecnico	
  Industriale	
  S.            Galilei                                     2	
  classi                       60
    4      I.	
  Professionale                           Orlando                                     1	
  classe                       25
    5      I.T.	
  Nautico                               Cappellini                                  1	
  classe                       25
    6      I.T.	
  Geometri                              Buontalenti                                 1	
  classe                       25
                                                                      TOTALE                         9	
  Classi                       211	
  Studenti
Materie	
  di	
  applicazione:	
  Matematica,	
  Fisica,	
  Informatica	
  e	
  Elettronica.

                                               Scuola Superiore Sant’Anna - Istituto di BioRobotica                                                                 p .3
Robotica Educativa Progetto - nell'ambito del progetto "SOS Lavoro" - The Biorobotics Institute
Robotica Educativa - nell’ambito del progetto “SOS Lavoro”

Ore	
  previste:	
  8	
  ore.
Conoscenze	
  pregresse:	
  nessuna	
  in	
  particolare.
Età	
  degli	
  studenti:	
  Scuole	
  secondarie	
  di	
  II	
  grado.
Organizzazione	
  del	
  modulo:	
  Lo	
  scopo	
  del	
  modulo	
  è	
   far	
   prendere	
  con9idenza	
   ai	
  ragazzi	
  con	
   il	
  mondo	
  
della	
  robotica:	
  le	
  attività	
  sono	
  suddivise	
  in	
  più	
  esperienze	
  che	
  analizzano	
  vari	
  aspetti	
  dell’argomento.

         3. LE TRE FASI DEL PROGETTO

Il	
  progetto	
  ha	
  una	
  durata	
  di	
   sette	
  mesi	
  all’interno	
  dell’anno	
  scolastico,	
  da	
  Ottobre	
  a	
   2013	
   a	
   Aprile	
  2014	
  
e	
  si	
  divide	
  in	
  tre	
  fasi:
• PRIMA	
  FASE:	
  introduzione	
  alla	
  robotica	
  (ottobre2013	
  -­‐	
  dicembre2013)
               In	
  questa	
   prima	
   fase	
  viene	
  lanciato	
  il	
  progetto	
  a	
   livello	
  cittadino	
  con	
  un	
  evento	
  di	
  apertura	
  che	
  
               si	
  terrà	
  a	
  ottobre.	
  Dopo	
  tale	
  evento	
  inizierà	
  il	
  lavoro	
  nella	
   classi	
  che	
  prevede	
  l’introduzione	
   alla	
  
               robotica	
   e	
   la	
   scoperta	
   dei	
   vari	
   componenti	
   dei	
   robot.	
   In	
   tale	
   fase	
   è	
   prevista	
   almeno	
   un	
  
               intervento	
  da	
  parte	
  del	
  ricercatore	
  della	
  Scuola	
  Superiore	
  Sant’Anna.

• SECONDA	
  FASE:	
  progettare	
  un	
  green	
  robot	
  (gennaio	
  2014	
  -­‐	
  marzo2014)
      In	
  questa	
   fase	
   le	
  classi	
   che	
   hanno	
   aderito	
  al	
  progetto	
   andranno	
   ad	
   assemblare	
   il	
   kit	
   robotico	
  
      scelto	
  (Lego	
  Mindstorm)	
  seguendo	
  le	
  attività	
  consigliate	
  in	
  questo	
  modulo.

• TERZA	
  FASE:	
  preparazione	
  elaborato	
  Pinale	
  (aprile	
  2014)
      La	
   terza	
   fase	
   prevede	
   la	
   preparazione	
   dell’evento	
   9inale	
   durante	
   il	
   quale	
   ogni	
   classe	
   potrà	
  
      esporre	
   il	
   proprio	
  lavoro.	
   Il	
  mese	
   di	
  aprile	
   è	
  dedicato	
   alla	
   preparazione	
   degli	
   elaborati	
  9inali	
  e	
  
      l’organizzazione	
  dell’evento	
  9inale.

                         PRIMA	
  FASE                                                      SECONDA	
  FASE                                    TERZA	
  FASE
•evento	
  iniziale:	
  presentazione	
  progetto                       •	
  progettazione	
  green	
  robot                                  •preparazione	
  
•	
  introduzione	
  alla	
  robotica                                                                                                         elaborati	
  
                                                                                                                                              •	
  evento	
  finale
      ottobre              novembre                dicembre                 gennaio                 febbraio                 marzo                   aprile
                                                     2013                    2014
                        diagramma temporale dell’esecuzione delle tre fasi in cui si articola il progetto

         4. I CONTENUTI DISCIPLINARI

Oggigiorno	
  siamo	
  circondati	
  da	
   robot,	
   essi	
   sono	
  entrati	
   nelle	
   nostre	
  case	
  e	
   nelle	
   attività	
  giornaliere;	
  è	
  
quindi	
  utile	
  conoscere	
  un	
  po’	
  più	
  nel	
  dettaglio	
  che	
  cosa	
  sono	
  davvero	
  i	
  robot.

4.1.        Definizioni
Etimologia	
  del	
  termine	
  “robot”
Il	
   termine	
   “robot”	
   fu	
   usato	
   per	
   la	
   prima	
   volta	
   dallo	
   scrittore	
   ceco	
   Karel	
   Capek	
   nel	
   1920	
   nel	
   suo	
  
romanzo	
   R.U.R.	
   (Rossum's	
   Universal	
   Robots).	
   Deriva	
   dal	
   termine	
   ceco	
   “robota”,	
   che	
   signi9ica	
   “lavoro	
  
pesante”	
  o	
  “lavoro	
  forzato”.	
   In	
  realtà	
   il	
  vero	
  inventore	
  della	
  parola	
   “robot”	
  fu	
   il	
  fratello	
  di	
   Karl	
   Capek,	
  

                                              Scuola Superiore Sant’Anna - Istituto di BioRobotica                                                               p .4
Robotica Educativa Progetto - nell'ambito del progetto "SOS Lavoro" - The Biorobotics Institute
Robotica Educativa - nell’ambito del progetto “SOS Lavoro”

Josef,	
   anche	
   lui	
   scrittore	
   e	
   pittore	
   cubista,	
   il	
   quale	
   utilizzò	
   la	
   parola	
   “automat”	
   (automa)	
   in	
   un	
   suo	
  
racconto	
  del	
  1917,	
  Opilec	
  (L'ubriacone).	
  	
  Il	
  termine	
  greco	
  “autòmaton”	
  signi9ica	
  “che	
  si	
  muove	
  da	
  sé”.
Il	
   termine	
   robotica	
   fu	
   usato	
   per	
   la	
   prima	
   volta	
   (su	
   carta	
   stampata)	
   nel	
   racconto	
   di	
   Isaac	
   Asimov	
  
intitolato	
  Circolo	
  vizioso	
   (Runaround,	
  1942),	
  presente	
   nella	
   sua	
   famosa	
   raccolta	
   Io,	
  Robot.	
   In	
   esso	
   egli	
  
citava	
  le	
  tre	
  regole	
  della	
  robotica,	
  che	
  in	
  seguito	
  divennero	
  le	
  Tre	
  leggi	
  della	
  robotica:
• Prima	
  Legge:	
   Un	
  robot	
  non	
   può	
  recare	
  danno	
  a	
   un	
  essere	
  umano,	
  né	
  può	
  permettere	
   che,	
   a	
  causa	
  
         del	
  suo	
  mancato	
  intervento,	
  un	
  essere	
  umano	
  riceva	
  danno.
• Seconda	
  Legge:	
  Un	
  robot	
  deve	
   obbedire	
  agli	
  ordini	
  impartiti	
  dagli	
  esseri	
  umani,	
  purché	
   tali	
   ordini	
  
         non	
  contravvengano	
  alla	
  Prima	
  Legge.
• Terza	
   Legge:	
   Un	
   robot	
   deve	
   proteggere	
   la	
   propria	
   esistenza,	
   purché	
   questa	
   autodifesa	
   non	
  
         contrasti	
  con	
  la	
  Prima	
  e	
  la	
  Seconda	
  Legge.

DePinizioni	
  di	
  Robotica
•	
   Un	
   robot	
   è	
   un	
   manipolatore	
   multifunzionale	
   riprogrammabile	
   progettato	
   per	
   muovere	
   materiali,	
  
componenti	
   o	
  dispositivi	
  specializzati,	
  attraverso	
  movimenti	
   variabili	
  programmati	
  per	
  lo	
   svolgimento	
  
del	
  compito	
  (Robotics	
  Industry	
  Association	
  1980)
•	
  La	
  robotica	
  è	
  la	
  connessione	
  intelligente	
  della	
  percezione	
  all’azione	
  (Michael	
  Brady	
  1985)
•	
  Un	
  robot	
  è	
  una	
  macchina	
  in	
  grado	
  di	
  estrarre	
   informazioni	
  dall’ambiente	
  e	
  di	
  usare	
  la	
  conoscenza	
   sul	
  
mondo	
  per	
  muoversi	
  in	
  maniera	
  sicura,	
  signi9icativa	
  e	
  intenzionale	
  (Maja	
  Mataric	
  1990)
•	
  Robotica	
   è	
   la	
   scienza	
   e	
   tecnologia	
   della	
   progettazione	
   di	
  sistemi	
   meccatronici	
  capaci	
   di	
  generare	
   e	
  
controllare	
  movimento	
  e	
  forza	
  (Paolo	
  Dario	
  2000)

Una	
  dePinizione	
  più	
  generale	
  di	
  robot	
  
Un	
   robot	
   è	
   una	
   macchina	
   che	
   raccoglie	
   informazioni	
  dall’ambiente	
   circostante	
   (“sente”)	
   e	
   le	
   utilizza	
  
per	
   piani9icare	
   determinati	
   comportamenti	
   (“pensa”)	
   che	
   le	
   permettono	
   di	
   compiere	
   delle	
   azioni	
  
nell’ambiente	
  in	
  cui	
  si	
  trova	
  (“agisce”).	
  (George	
  Bekey,	
  2005)

Parallelo	
  tra	
  uomo	
  e	
  robot
Partendo	
   dalla	
   de9inizione	
   precedente,	
  proviamo	
   a	
   individuare	
   un	
   possibile	
   parallelismo	
  tra	
   uomo	
  e	
  
robot,	
  utile	
  per	
  sempli9icare	
  quei	
  concetti	
  che,	
  a	
  prima	
  vista,	
  possono	
  risultare	
  complessi.
Il	
   robot	
   “sente”,	
   cioè	
   raccoglie	
   informazioni	
   dall’ambiente	
   circostante	
   grazie	
   ai	
   sensori.	
   Essi	
   sono	
  
dispositivi	
   in	
   grado	
   di	
   rilevare	
   e	
   misurare	
   una	
   grandezza	
   9isica	
   di	
   tipo	
   qualsiasi	
   (termico,	
   luminoso,	
  
magnetico,	
   meccanico,	
   chimico,	
   ecc...).	
   Sempli9icando,	
   possiamo	
   farli	
   corrispondere	
   ai	
   nostri	
   sensi,	
  
infatti	
  svolgono	
  all’incirca	
  la	
  stessa	
  funzione	
  dei	
  nostri	
  vista,	
  udito,	
  olfatto,	
  tatto	
  e	
  gusto.
Il	
  robot	
   “pensa”,	
  cioè	
   pianiUica	
  determinati	
  comportamenti	
  grazie	
   al	
   suo	
  sistema	
   di	
   controllo.	
  Si	
  tratta	
  
di	
   un	
   processore	
   che	
   stabilisce	
   il	
   comportamento	
   del	
   robot	
   in	
   base	
   alle	
   informazioni	
   ricevute	
   dai	
  
sensori.	
  Possiamo	
  pensarlo	
  un	
  po’	
  come	
  il	
  nostro	
  cervello,	
  che	
  riesce	
  a	
  prendere	
  delle	
  decisioni.
Il	
  robot	
  “agisce”,	
  cioè	
  compie	
   delle	
  azioni	
  nell’ambiente	
  in	
  cui	
  si	
  trova,	
  grazie	
  agli	
  attuatori	
  (o	
  motori).	
  
Essi	
   sono	
   dispositivi	
   che	
   permettono	
   al	
   robot	
   di	
   compiere	
   azioni	
   e	
   movimenti.	
   Volendo	
   fare	
   un	
  
parallelo,	
  essi	
  potrebbero	
   corrispondere	
   ai	
  nostri	
  muscoli	
  che	
   ci	
  permettono	
  di	
  interagire	
  con	
  il	
  modo	
  
esterno.
In9ine	
  il	
  robot	
  ha	
  bisogno	
  di	
  una	
  fonte	
  di	
  energia	
  (batterie,	
  energia	
  elettrica	
  ...),	
  allo	
  stesso	
  modo	
  in	
  cui	
  
noi	
  abbiamo	
  bisogno	
  di	
  cibo.

4.2.        I componenti dei robot
I	
   componenti	
   principali	
   di	
   un	
   robot	
   sono:	
   i	
   sensori,	
   il	
   sistema	
   di	
   controllo	
   e	
   gli	
   attuatori;	
   questi	
  
elementi	
   sono	
   collegati	
   ad	
   un	
   meccanismo	
   (elementi	
   meccanici	
   e	
   ingranaggi	
   connessi	
   fra	
   loro).	
  
Vediamo	
  in	
  breve	
  le	
  caratteristiche	
  principali.	
  

                                               Scuola Superiore Sant’Anna - Istituto di BioRobotica                                                                p .5
Robotica Educativa Progetto - nell'ambito del progetto "SOS Lavoro" - The Biorobotics Institute
Robotica Educativa - nell’ambito del progetto “SOS Lavoro”

        diagramma che illustra l’elaborazione del flusso di informazioni tra il robot e l’ambiente circostante.

I	
  sensori	
  sono	
  dei	
  dispositivi	
  sensibili	
   ad	
   una	
  determinata	
  grandezza	
  9isica	
  ed	
  in	
  grado	
  di	
  trasformarla	
  
in	
   un	
   segnale	
   misurabile.	
   Esistono	
   molti	
   tipi	
   di	
   sensori,	
   che	
   possono	
   essere	
   classi9icati	
   in	
   base	
   alla	
  
grandezza	
   misurata	
   (temperatura,	
   forza,	
   posizione,	
   suono,	
   intensità	
   della	
   luce,	
   concentrazione	
   di	
  un	
  
gas...)	
   oppure	
   in	
   base	
   al	
   tipo	
   di	
   tecnologia	
   che	
   utilizzano	
   (sensori	
   a	
   ultrasuoni,	
   a	
   infrarossi	
   ...).	
  
Fondamentalmente,	
  però,	
  tutti	
  sono	
  in	
  grado	
  di	
   misurare	
  una	
  grandezza	
  9isica	
  e	
   restituire	
   in	
  uscita	
  un	
  
segnale	
   elettrico	
   interpretabile	
   con	
   strumentazione	
   elettronica	
   e	
   PC.	
   Il	
   sensore,	
   quindi,	
   misura	
   una	
  
grandezza	
  in	
  modo	
  molto	
  accurato	
  e	
  veloce	
  e	
  inoltre	
  comunica	
  direttamente	
  con	
   il	
  sistema	
  di	
   controllo	
  
del	
  robot.
Senza	
   entrare	
   nel	
   dettaglio	
  delle	
   tecnologie	
   utilizzate	
   nei	
   singoli	
   sensori,	
   spesso	
   complesse	
   e	
   troppo	
  
specialistiche	
  per	
  un	
  primo	
   approccio	
  alla	
   robotica,	
  possiamo	
   considerare	
   il	
  sensore	
  come	
  una	
   scatola	
  
chiusa,	
   che	
   ha	
   come	
   entrata	
   una	
   variabile	
   da	
   misurare	
   e	
   come	
   uscita	
   un	
   segnale	
   elettrico.	
   Le	
   due	
  
grandezze	
   sono	
   legate	
   da	
   una	
   “funzione	
   di	
   trasferimento”,	
   cioè	
   un’espressione	
   matematica	
   che	
  
descrive	
  la	
  relazione	
   tra	
  la	
  grandezza	
  in	
  entrata	
  (da	
   misurare)	
  e	
   il	
  segnale	
   in	
  uscita	
  (il	
  risultato	
  fornito	
  
dal	
  sensore).	
  

                diagramma del funzionamento di un sensore: la trasformazione di una grandezza fisica.

I	
   risultati	
   della	
   misura	
   possono	
   essere	
   semplicemente	
   visualizzati	
   su	
   un	
   display	
   (come	
   ad	
   esempio	
  
nelle	
   bilance	
   o	
  nei	
   termometri	
   elettronici).	
  Se	
   invece	
   il	
   sensore	
   è	
   integrato	
   all’interno	
  di	
   un	
   robot,	
   il	
  
segnale	
   in	
  uscita	
  viene	
  inviato	
  direttamente	
  al	
  microprocessore	
   che	
   lo	
  interpreta	
   e	
   usa	
  i	
   dati	
  raccolti	
  
per	
  piani9icare	
  i	
  comportamenti	
  del	
  robot.	
  

Il	
   sistema	
   di	
   controllo	
   è	
   l’insieme	
   delle	
   funzioni	
   di	
   comando	
   logico	
   che	
   permette	
   di	
   monitorare	
   e	
  
controllare	
  la	
  struttura	
   meccanica	
   del	
  robot	
   e	
  di	
  comunicare	
  con	
  l’ambiente.	
  Il	
  controllo	
   di	
   un	
  robot	
   si	
  
occupa	
   di	
   coordinare	
   i	
   segnali	
   elettronici	
   rilevati	
   dal	
   sistema	
   di	
   percezione	
   (sensori)	
   per	
  produrre	
  
segnali	
   di	
   movimento	
   da	
   trasdurre	
   in	
   opportuni	
   comandi	
   elettrici	
   per	
   i	
   motori	
   (attuatori).	
  
Programmare	
   un	
   robot	
   signi9ica	
   fornire	
   un	
   insieme	
   di	
   istruzioni	
   che	
   de9iniscono	
   un	
   particolare	
  
compito	
  da	
  eseguire.

Gli	
  attuatori	
  sono	
  dei	
  sistemi	
  che	
  permettono	
  al	
  robot	
  di	
  agire	
   sull’ambiente	
  esterno,	
  sono	
  cioè	
  organi	
  
in	
   grado	
   di	
   convertire	
   energia	
   in	
   azione	
   meccanica.	
   I	
   motori,	
   ad	
   esempio,	
   trasformano	
   l’energia	
  
elettrica	
   o	
  idraulica	
   con	
   cui	
   sono	
   alimentati	
   in	
  un’energia	
   meccanica	
   che	
   permette	
   il	
   movimento	
  del	
  
robot.

                                               Scuola Superiore Sant’Anna - Istituto di BioRobotica                                                                p .6
Robotica Educativa Progetto - nell'ambito del progetto "SOS Lavoro" - The Biorobotics Institute
Robotica Educativa - nell’ambito del progetto “SOS Lavoro”

         5. DESCRIZIONE ESECUTIVA DELLE TRE FASI

Il	
  presente	
  progetto	
  di	
  Robotica	
  Educativa	
  si	
  articola	
  in	
  tre	
  fasi.	
  La	
  prima	
  ha	
  lo	
  scopo	
  di	
  introdurre	
  il	
  
mondo	
  della	
  robotica	
  	
  agli	
  studenti,	
  portando	
  come	
  esempio	
  robot	
  che	
  sono	
  spesso	
  presenti	
  
nell’ambiente	
  quotidiano	
  9ino	
  ad	
  arrivare	
  a	
  dei	
  robot	
  estremamente	
  speci9ici	
  per	
  compiti	
  particolari.
La	
   seconda	
   fase	
   è	
   dedicata	
   alla	
   costruzione	
   del	
   robot	
   ecologico	
   (Green	
   Robot)	
   da	
   parte	
   degli	
   stessi	
  	
  
studenti.	
  Il	
   loro	
  compito	
   sarà	
  quello	
  di	
   individuare	
  il	
  compito	
  da	
  far	
   svolgere	
   al	
  proprio	
  robot	
  per	
  poi	
  
costruirlo	
  e	
  programmarlo.
La	
   terza	
   fase	
   riguarderà	
   la	
   preparazione	
   dei	
   robot	
   in	
   visione	
   dell’evento	
   9inale	
   del	
   progetto.	
   Gli	
  
studenti	
  prepareranno	
  un	
  elaborato	
  riguardante	
  l’attività	
  svolta	
  durante	
  il	
  progetto	
  e	
   porteranno	
  i	
  loro	
  
robot	
  all’evento	
  9inale	
  e	
  conclusivo.
Nei	
   prossimi	
   paragra9i	
   si	
   analizzerà	
   in	
   dettaglio	
   l’aspetto	
   operativo	
   delle	
   tre	
   fasi.	
   Si	
   chiariscono	
   in	
  
questo	
  modo	
  gli	
   aspetti	
  esecutivi	
   e	
  pratici	
  che	
   possono	
  essere	
  utilizzati	
   come	
  percorso	
  di	
  riferimento	
  
per	
  le	
  attività	
  frontali	
  con	
  i	
  ragazzi	
  delle	
  classi	
  interessate.

5.1.        La PRIMA FASE – cosa è un robot?
Al	
   9ine	
   di	
  attirare	
  l’attenzione	
  degli	
  studenti,	
  si	
  può	
  iniziare	
   chiedendo	
  loro	
  quali	
  robot	
  conoscono	
  e/o	
  
hanno	
   utilizzato	
   direttamente	
   oppure	
   visto	
   in	
   TV	
   o	
   sui	
   giornali.	
   A	
   questo	
   scopo	
   saranno	
   mostrate	
  
immagini	
   e	
   9ilmati	
   di	
   robot,	
   cercando	
   di	
   coglierne	
   le	
   caratteristiche.	
   Un’attenzione	
   particolare	
   sarà	
  
data	
   ai	
   robot	
   in	
   grado	
   di	
   aiutare	
   l’uomo	
   nella	
   tutela	
   dell’ambiente	
   attraverso	
   il	
   monitoraggio	
   delle	
  
sostanze	
   inquinanti,	
   la	
   raccolta	
   dei	
   ri9iuti,	
   i	
   lavori	
   in	
   situazioni	
   a	
   rischio.	
   Gli	
   studenti	
   saranno	
  
incoraggiati	
  a	
   formulare	
  ipotesi	
  su	
   come	
   funzionano,	
   che	
   cosa	
  analizzano	
   e	
  sui	
   vantaggi	
  derivanti	
  dal	
  
loro	
  utilizzo.
Rientra	
   in	
   questa	
   fase	
   anche	
   un’eventuale	
   visita	
   ai	
   laboratori	
   di	
   ricerca.	
   Questa	
   esperienza	
   è	
   molto	
  
importante	
   perché	
   i	
   ragazzi,	
   vedendo	
   “dal	
   vivo”	
   i	
   robot	
   e	
   parlando	
   con	
   i	
   ricercatori	
   che	
   li	
   hanno	
  
progettati,	
  saranno	
  stimolati	
  a	
  costruire	
  il	
  proprio	
  robot,	
  esattamente	
  come	
  fa	
  un	
  vero	
  ricercatore.
Come	
  attività	
   iniziale,	
  si	
  propone	
   una	
  semplice	
  esperienza	
  che	
  ha	
  lo	
  scopo	
  di	
   “far	
  toccare	
  con	
   mano”	
  ai	
  
ragazzi	
  che	
  cos’è	
  un	
  robot.	
  
Si	
  riassumono	
  nella	
  seguente	
  tabella	
  le	
  caratteristiche	
  di	
  questa	
  prima	
  fase:

                                PRIMA FASE                                                      Cosa è un Robot?
                                                Tipo	
  di	
  attività: osservazione,	
  da	
  svolgere	
  in	
  classe.
                                         Materiali	
  necessari: Kit	
  Robotici
                                         Durata	
  dell’attività: 2	
  ore
                   Conoscenze	
  preliminari	
  richieste: nessuna	
  in	
  particolare
                                          Grado	
  di	
  difficoltà: semplice
                                                             Costo: nessuno	
  -­‐	
  i	
  kit	
  saranno	
  forniti	
  dai	
  ricercatori
                                                       Fattibilità: se	
   la	
   scuola	
   possiede	
   i	
   kit,	
   l’esperienza	
   è	
  
                                                                    realizzabile	
  dall’insegnante
Procedura	
  per	
  l’esperimento:
Saranno	
  portati	
  in	
  classe	
   dei	
   robot	
   didattici	
  con	
   caratteristiche	
   diverse,	
   alcuni	
  dei	
  quali	
   equipaggiati	
  
con	
  sensori	
  (luce,	
  suono,	
  contatto).	
  
          1. Utilizzare	
   un	
   tavolo	
   abbastanza	
   grande	
   oppure	
   il	
   pavimento,	
   preferendo	
   super9ici	
   senza	
  
              eccessivi	
  dislivelli.
          2. Posizionare	
  i	
  robot	
  sul	
  tavolo,	
  accenderli	
  ed	
  osservarne	
  il	
  funzionamento.

                                              Scuola Superiore Sant’Anna - Istituto di BioRobotica                                                              p .7
Robotica Educativa Progetto - nell'ambito del progetto "SOS Lavoro" - The Biorobotics Institute
Robotica Educativa - nell’ambito del progetto “SOS Lavoro”

            3. Focalizzare	
   l’attenzione	
   sul	
   fatto	
   che,	
   nonostante	
   la	
   forma	
   e	
   l’apparenza	
   siano	
   diverse,	
   i	
  
               robot	
  hanno	
  molte	
  caratteristiche	
  comuni	
  (si	
  muovono,	
  reagiscono	
  agli	
  stimoli).
            4. Individuare	
  a	
  quali	
  stimoli	
  risponde	
  ogni	
  robot	
  (ad	
  es.	
  contatto,	
  suono...)
            5. Osservare	
   nel	
   dettaglio	
   i	
   robot	
   e	
   individuare	
   da	
   quali	
   parti	
   sono	
   composti,	
   dove	
   sono	
  
               posizionati	
  i	
  motori,	
  i	
  sensori	
  ed	
  il	
  sistema	
  di	
  controllo.
            6. Se	
   possibile,	
   provare	
  a	
   smontare	
  uno	
  dei	
   robot	
  per	
  capire	
  come	
   sono	
   collegate	
   tra	
   loro	
   le	
  
               varie	
  parti.

                                             Alcuni esempi di kit robotici da osservare in classe

Guida	
  per	
  l’insegnante:
Favorire	
  l’osservazione	
  autonoma,	
  stimolando	
  i	
  ragazzi	
  a	
  porsi	
  le	
  seguenti	
  domande:
    - Quali	
  sono	
  le	
  capacità	
  del	
  robot?
    - A	
  quali	
  stimoli	
  reagisce?	
  Come	
  si	
  comporta	
  quando	
  riceve	
  uno	
  stimolo?
Stimolare	
  a	
  proporre	
  idee:
    - Di	
  quanti	
  motori	
  pensi	
  abbia	
  bisogno	
  per	
  i	
  suoi	
  movimenti?	
  Perché?
    - Di	
  quali	
  tipi	
  di	
  sensore	
  potrebbe	
  essere	
  dotato?	
  Perché?
Passare	
  in9ine	
  ad	
  un’osservazione	
  più	
  dettagliata,	
  eventualmente	
  smontando	
  il	
  robot:
    - Da	
  quali	
  e	
  quante	
  parti	
  è	
  composto	
  il	
  robot?
    - Come	
  sono	
  collegati	
  tra	
  loro	
  i	
  vari	
  componenti?
    - Che	
  cosa	
  succede	
  se	
  interrompiamo	
  i	
  collegamenti?	
  Perché?

L’esperienza	
   si	
   pone	
   l’obiettivo	
   di	
   far	
   emergere	
   che:	
   i	
   robot	
   sono	
   composti	
   da	
   sensori,	
   sistema	
   di	
  
controllo	
  (microprocessore),	
   attuatori,	
  struttura	
  meccanica	
  e	
  fonte	
   di	
   energia.	
  I	
  sensori	
  raccolgono	
  gli	
  
stimoli	
   esterni	
  e	
   li	
  inviano	
  al	
  microprocessore;	
  il	
  microprocessore	
   ricevere	
   i	
  dati	
   ed	
  elabora	
   comandi	
  
da	
   inviare	
   agli	
   attuatori;	
  gli	
   attuatori	
   generano	
  il	
   movimento	
   della	
   struttura	
   meccanica	
   seguendo	
   le	
  
istruzioni	
   ricevute;	
  la	
   struttura	
   meccanica	
   è	
  un	
   insieme	
   articolato	
   di	
  elementi	
  meccanici	
  connessi	
  fra	
  
loro	
   (meccanismi	
   e	
   ingranaggi);	
   la	
   fonte	
   di	
   energia	
   (batterie	
   o	
   corrente	
   elettrica)	
   fornisce	
   al	
   robot	
  
l’energia	
   necessaria.	
   I	
   componenti	
   sono	
   collegati	
   tra	
   loro	
   e	
   se	
   le	
   connessioni	
   vengono	
   interrotte	
   la	
  
funzionalità	
  del	
  robot	
  sarà	
  compromessa	
  in	
  parte	
  o	
  totalmente.

5.2.        La SECONDA FASE – Progettare un Green-Robot
Agli	
   studenti	
   sarà	
   dato	
   l’obiettivo	
   di	
   creare	
   un	
   robot	
   con	
   compiti	
   di	
   salvaguardia	
   ambientale.	
   È	
  
possibile	
   lavorare	
   con	
   l’intera	
   classe	
   oppure	
   in	
   gruppi	
   per	
   ideare	
   robot	
   diversi	
   tra	
   loro.	
   A	
   titolo	
   di	
  
esempio,	
   potrebbe	
   essere	
   progettata	
   una	
   città	
   in	
   cui	
   un	
   robot	
  spazza	
   la	
   strada,	
   uno	
  porta	
   i	
   ri9iuti	
   al	
  

                                                Scuola Superiore Sant’Anna - Istituto di BioRobotica                                                                 p .8
Robotica Educativa Progetto - nell'ambito del progetto "SOS Lavoro" - The Biorobotics Institute
Robotica Educativa - nell’ambito del progetto “SOS Lavoro”

centro	
   di	
   raccolta,	
   uno	
   li	
   seleziona,	
   ecc.	
   La	
   forma	
   e	
   l’aspetto	
   estetico	
   dei	
   robot	
   possono	
   essere	
  
modi9icati	
  a	
  piacere,	
  dando	
  spazio	
  a	
  fantasia	
  e	
  creatività.
Per	
   la	
   realizzazione	
   del	
   robot	
   si	
   è	
   deciso	
   di	
   adottare	
   il	
   kit	
   Lego	
   Mindstorms	
   NXT	
   in	
   quanto	
   è	
  
riconosciuta	
   come	
   piattaforma	
   educativa	
   robotica	
   robusta,	
   facile	
   da	
   usare	
   e	
   programmare,	
  
modi9icabile	
   e	
   con9igurabile	
   in	
   modo	
   molto	
   semplice.	
   Il	
   kit	
   comprende	
   sensori,	
   motori,	
   strutture	
  
componibili	
  ed	
  un	
  sistema	
  di	
  controllo,	
  chiamato	
  Mattoncino	
  Intelligente	
  NXT.

L’iter	
  di	
  lavoro	
  per	
  ottenere	
  un	
  robot	
  che	
  funzioni	
  correttamente	
  è	
  riassumibile	
  nei	
  seguenti	
  passi:	
  
            1. decidere	
  il	
  compito	
  del	
  robot	
  e,	
  in	
  base	
  a	
  quello,	
  progettarne	
  la	
  forma;	
  
            2. assemblare	
  il	
  robot	
  (motori,	
  sensori,	
  scheda	
  di	
  controllo,	
  ecc.);
            3. programmare	
  il	
  robot;	
  
            4. testarlo	
  e	
  modi9icarlo	
  9ino	
  ad	
  ottenere	
  il	
  comportamento	
  desiderato.

                                esempi di forme di robot costruibili con il kit Lego Mindtorms

La	
  SECONDA	
  FASE	
  -­‐	
  progettare	
  un	
  Green	
  Robot	
  -­‐	
  si	
  articola	
  in	
  tre	
  attività	
  operative:	
  
         Attività 1	
  –	
  Costruire	
  il	
  robot	
  
         Attività 2 –	
  Programmare	
  il	
  robot
         Attività 3	
  –	
  I	
  sensori	
  del	
  robot

5.2.1.             Attività 1: Costruire il robot
Questa	
   attività	
   è	
   focalizzata	
   sulla	
  costruzione	
   della	
   struttura	
   del	
  robot.	
   Saranno	
   portati	
   in	
  classe	
   i	
  kit	
  
robotici	
  che	
  gli	
  studenti	
  dovranno	
  assemblare.

                SECONDA FASE                                                       ATTIVITÀ 1 - Costruire il Robot
                                  Tipo	
  di	
  attività: esperimento,	
  da	
  svolgere	
  in	
  classe
                           Materiali	
  necessari: •	
  kit	
  robotici	
  Lego	
  Mindstorms,
                                                   •	
  batterie	
  (6	
  stilo	
  AA	
  per	
  il	
  kit	
  Mindstorms)
                           Durata	
  dell’attività: 2	
  ore
     Conoscenze	
  preliminari	
  richieste: conoscenza	
  dei	
  principali	
  componenti	
  di	
  un	
  robot
                            Grado	
  di	
  difficoltà: necessaria	
  buona	
  manualità	
  e	
  precisione	
  per	
  il	
  montaggio	
  dei	
  kit
                                               Costo: costo	
   dei	
   kit	
   (che	
   sono	
   già	
   in	
   possesso	
   della	
   scuola	
   oppure	
  
                                                      forniti	
  dai	
  ricercatori	
  del	
  Sant’Anna)
                                          Fattibilità: eseguibile	
   dagli	
   studenti.	
   È	
   comunque	
   consigliata	
   la	
  
                                                       supervisione	
   di	
   un	
   adulto	
   perché	
   alcune	
   operazioni	
   manuali	
  
                                                       possono	
  risultare	
  complesse

                                              Scuola Superiore Sant’Anna - Istituto di BioRobotica                                                             p .9
Robotica Educativa Progetto - nell'ambito del progetto "SOS Lavoro" - The Biorobotics Institute
Robotica Educativa - nell’ambito del progetto “SOS Lavoro”

Procedura	
  per	
  l’esperimento:
      1. Utilizzare	
  un	
  piano	
  libero	
  da	
  oggetti,	
  ad	
  esempio	
  il	
  banco.
      2. Aprire	
   la	
   scatola	
   con	
   il	
   kit	
   e	
   riconoscere	
   i	
   vari	
   componenti,	
   con	
   l’aiuto	
   del	
   manuale	
  
         selezionare	
  le	
  parti	
  da	
  assemblare.
      3. Assemblare	
  la	
  struttura,	
  le	
  schede	
  elettroniche	
   ed	
  i	
  motori	
   utilizzando	
  il	
  cacciavite,	
   le	
  viti	
  e/
         o	
   i	
  connettori	
  forniti	
   nel	
   kit.	
   È	
   possibile	
   fare	
   riferimento	
   a	
   uno	
   degli	
   esempi	
   presenti	
   nel	
  
         manuale.

                                                I kit Mindstorms: la scatola con i componenti

           4. Inserire	
  le	
  batterie.	
  
           5. Se	
  i	
  collegamenti	
  sono	
  corretti,	
  premendo	
  l’interruttore	
  di	
  avvio	
  si	
  accenderà	
  il	
  display.

                                           Due esempi di robot costruiti con il kit Mindstorms.

5.2.2.             Attività 2: Programmare il robot
In	
   questa	
   seconda	
   attività	
   della	
   Fase	
   2	
   i	
   ragazzi	
   programmeranno	
   il	
   robot	
   per	
   stabilirne	
   il	
  
comportamento	
  e	
  le	
  reazioni	
  agli	
  stimoli	
  esterni.	
  Il	
  robot	
  sarà	
  dotato	
  di	
  sensori	
  di	
  contatto.	
  

             SECONDA FASE                                                      ATTIVITÀ 1 - Costruire il Robot
                               Tipo	
  di	
  attività: esperimento,	
   da	
   svolgere	
   in	
   classe	
   o	
   nel	
   laboratorio	
   di	
  
                                                       informatica
                        Materiali	
  necessari: •	
  kit	
  Robotici	
  Lego	
  Mindstorms	
  (con	
  Batterie)
                                                •	
  software,	
  fornito	
  insieme	
  al	
  kit
                                                •	
  personal	
  Computer
                        Durata	
  dell’attività: circa	
  2	
  ÷	
  4	
  ore
  Conoscenze	
  preliminari	
  richieste: è	
   di	
   aiuto	
   la	
   capacità	
   di	
   saper	
   sviluppare	
   schemi	
   a	
   blocchi	
   e	
  
                                          diagrammi	
   di	
  flusso;	
  è 	
  necessaria	
  una	
   conoscenza	
   base	
  dell’uso	
  
                                          del	
  computer
                         Grado	
  di	
  difficoltà: medio	
  -­‐	
  complesso
                                            Costo: il	
   software	
   è	
   compreso	
   nel	
   kit,	
   il	
   PC	
   è	
   generalmente	
   già	
   in	
  
                                                   dotazione	
  alla	
  scuola
                                      Fattibilità: eseguibile	
  dagli	
  studenti	
  con	
  la	
  supervisione	
  dell’insegnante

                                             Scuola Superiore Sant’Anna - Istituto di BioRobotica                                                           p .10
Robotica Educativa - nell’ambito del progetto “SOS Lavoro”

Procedura	
  per	
  l’esperimento:
      1. Installare	
   il	
   software	
   sul	
   PC	
   della	
   scuola:	
   l’ambiente	
   di	
   sviluppo	
   è	
   costituito	
   da	
  
         un’interfaccia	
   visuale	
   semplice	
   ed	
   intuitiva	
   che	
   permette	
   di	
   programmare	
   il	
   robot	
  
         attraverso	
  dei	
  diagrammi	
  di	
  9lusso.
      2. Aprire	
  un	
  nuovo	
  documento.	
  
      3. Con9igurare	
  la	
  pagina	
  di	
  hardware,	
  seguendo	
  le	
  istruzioni	
  fornite	
  nel	
  manuale.
      4. Nella	
   pagina	
   di	
   programmazione,	
   comporre	
   il	
   diagramma	
   di	
   9lusso	
   trascinando	
   nella	
  
         9inestra	
  di	
  lavoro	
  i	
  blocchi	
  di	
  comando	
   che	
  si	
  trovano	
  nella	
  colonna	
  sinistra	
   dell’interfaccia	
  
         e	
   collegandoli	
   nell’ordine	
   corretto.	
   Ogni	
   blocco	
   rappresenta	
   un	
   comando	
   per	
   il	
  robot,	
   sul	
  
         manuale	
  è	
  possibile	
  trovare	
  le	
  caratteristiche	
  di	
  ogni	
  singolo	
  blocco.
      5. Collegare	
  il	
  robot	
  al	
  PC	
  tramite	
  l’apposito	
  cavo	
  USB	
  e	
  trasferire	
  il	
  programma	
  sul	
  robot.
      6. Disconnettere	
  il	
  cavo	
  e	
  premere	
  il	
  tasto	
  di	
  avvio	
  sul	
  mattoncino	
  Lego.
      7. Se	
   il	
   robot	
   è	
   stato	
   programmato	
   correttamente,	
   si	
   comporterà	
   come	
   previsto;	
   altrimenti	
  
         sarà	
  necessario	
  modi9icare	
  il	
  programma	
  per	
  trovare	
  l’errore.
      8. Una	
  volta	
  ottenuti	
  dei	
  risultati	
  è	
  possibile	
  modi9icare	
  nuovamente	
   il	
  programma	
  per	
  dare	
   al	
  
         robot	
  compiti	
  sempre	
  più	
  complessi.

                                                              	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
     Microprocessore del kit Mindstorms collegato al PC (sinistra) e l’interfaccia grafica del software per la
                                     programmazione del robot (destra).

Guida	
  per	
  l’insegnante:
Prima	
  di	
  costruire	
  lo	
  schema	
  a	
  blocchi	
  è	
  necessario	
  avere	
  ben	
  chiaro:
• quali	
  informazioni	
  è	
  necessario	
  ottenere	
  dai	
  sensori
• quali	
  comandi	
  è	
  necessario	
  inviare	
  ai	
  motori

Durante	
   la	
   fase	
   di	
   programmazione	
   è	
   molto	
   utile	
   porsi	
   un	
   obiettivo	
   iniziale	
   (ad	
   es.	
   “il	
   robot	
   dovrà	
  
fermarsi	
  quando	
  incontra	
   un	
  ostacolo”,	
  oppure	
  “dovrà	
   girare	
   a	
  destra”	
  ecc.).	
  Di	
   seguito	
  alcuni	
   esempi	
  
di	
  compiti	
  da	
  dare	
  al	
  robot:
          - procedere	
  sempre	
  dritto	
  
          - muoversi	
  velocemente	
  oppure	
  lentamente
          - ruotare	
  a	
  sinistra
          - tornare	
  indietro	
  dopo	
  aver	
  urtato	
  un	
  ostacolo
          - ecc.

5.2.3.             Attività 3: I sensori del robot
In	
   aggiunta	
   alle	
   attività	
   descritte,	
   si	
   possono	
  fare	
   esperimenti	
   utilizzando	
   i	
   sensori	
   presenti	
   nel	
   kit:	
  
contatto,	
  ultrasuoni	
  e	
  colore.
La	
  seguente	
  tabella	
  sintetizza	
  le	
  caratteristiche	
  della	
  terza	
  attività:

                                              Scuola Superiore Sant’Anna - Istituto di BioRobotica                                                             p .11
Robotica Educativa - nell’ambito del progetto “SOS Lavoro”

              SECONDA FASE                                                                                             ATTIVITÀ 3 - I sensori del Robot
                                Tipo	
  di	
  attività: esperimento,	
  da	
  svolgere	
  in	
  classe
                         Materiali	
  necessari: •	
  kit	
  Robotici	
  Lego	
  Mindstorms	
  (con	
  Batterie)
                         Durata	
  dell’attività: circa	
  2	
  ore
   Conoscenze	
  preliminari	
  richieste: aver	
  svolto	
  le	
  attività	
  precedenti
                           Grado	
  di	
  difficoltà: medio	
  -­‐	
  complesso
                                              Costo: costo	
   dei	
   kit	
   (che	
   sono	
   già	
   in	
   possesso	
   della	
   scuola	
   oppure	
  
                                                     forniti	
  dai	
  ricercatori	
  del	
  Sant’Anna)
                                        Fattibilità: eseguibile	
  dagli	
  studenti.

Procedura	
  per	
  l’esperimento:
A	
   seconda	
   del	
   compito	
   da	
   svolgere,	
   è	
   necessario	
   utilizzare	
   uno	
   o	
   più	
   sensori	
   per	
   raccogliere	
  
informazioni	
   sull’ambiente	
  circostante.	
  Alcuni	
  esempi	
   possono	
  essere	
  ad	
  esempio	
  “segui	
  un	
   percorso	
  
evitando	
  gli	
  ostacoli”,	
  “segui	
  una	
  luce”,	
  “torna	
  indietro	
  quando	
  tocchi	
  qualcosa”.	
  
          1. Collegare	
  ogni	
   sensore	
  alle	
  porte	
  d’ingresso	
  del	
   mattoncino	
  di	
  controllo	
  tramite	
  gli	
  appositi	
  
                 cavi	
  (contatto	
  porta	
  1	
  e	
  2,	
  colore	
  3,	
  ultrasuoni	
  4).
          2. Sfruttare	
   le	
   caratteristiche	
   di	
  ogni	
  sensore	
   per	
  programmare	
   il	
   comportamento	
  del	
  robot	
  
                 attraverso	
   il	
   software.	
   Selezionando	
   un	
   blocco	
   sulla	
   pagina	
   di	
   programmazione,	
   in	
   basso	
  
                 appare	
  una	
  breve	
  descrizione	
  delle	
  sue	
  proprietà.

• Il	
  sensore	
  di	
  contatto:	
  è	
  il	
  sensore	
   più	
  semplice,	
  fornisce	
  al	
  robot	
  il	
  senso	
  del	
  tatto,	
  rileva	
   quando	
  è	
  
  premuto	
   e	
   quando	
   viene	
   rilasciato.	
   Il	
   modo	
   più	
   semplice	
   di	
   utilizzarlo	
   è	
   associare	
   un’azione	
   da	
  
  compiere	
   quando	
   il	
   tasto	
   viene	
   premuto	
   (ad	
   esempio	
   cambiare	
   direzione	
   quando	
   si	
   incontra	
   un	
  
  ostacolo).

                                                                        	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  

• Il	
  sensore	
  di	
   distanza:	
  il	
  sensore	
  a	
   ultrasuoni	
  permette	
   al	
  robot	
  di	
  rilevare	
  la	
   presenza	
  di	
   oggetti	
  e	
  
  di	
   misurarne	
   la	
  distanza.	
  Il	
  principio	
   9isico	
  su	
  cui	
  si	
  basa	
  è	
  lo	
  stesso	
   dei	
  pipistrelli:	
  misura	
  la	
  distanza	
  
  calcolando	
   il	
   tempo	
  impiegato	
  da	
   un’onda	
   a	
   ultrasuoni	
  per	
  urtare	
   un	
   oggetto	
  e	
   tornare	
   indietro.	
   Il	
  
  sensore	
   può	
  essere	
   usato	
   per	
  far	
   muovere	
   il	
  robot	
  evitando	
  gli	
   ostacoli	
   prima	
   di	
   toccarli,	
  oppure	
   si	
  
  può	
  progettare	
  un	
  robot	
  che	
  segnali	
  con	
  un	
  allarme	
  eventuali	
  movimenti	
  nella	
  stanza.

                                                                                                                       	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  

                                                Scuola Superiore Sant’Anna - Istituto di BioRobotica                                                                                          p .12
Robotica Educativa - nell’ambito del progetto “SOS Lavoro”

• Il	
  sensore	
  di	
   colore:	
  questo	
  sensore	
  permette	
   al	
  robot	
  di	
   distinguere	
  tra	
   luce	
  e	
   buio	
   e	
  di	
   rilevare	
  6	
  
  diversi	
   colori,	
   funziona	
   inoltre	
   come	
   fonte	
   luminosa.	
   Il	
   sensore	
   può	
   essere	
   utile	
   per	
   far	
   seguire	
   al	
  
  robot	
  una	
   pista	
  nera	
  su	
   sfondo	
  bianco,	
  e	
  magari	
  cambiare	
  direzione	
  quando	
  incontra	
  una	
  zona	
  rossa,	
  
  oppure	
   può	
   essere	
   utilizzato	
   come	
   sensore	
   di	
   luce	
   per	
  misurare	
   l’intensità	
   della	
   luminosità	
   nella	
  
  stanza.

                                                                              	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  

I	
   sensori	
   possono	
   essere	
   utilizzati	
   anche	
   per	
   acquisire	
   dati	
   dall’esterno.	
   Attraverso	
   l’apposita	
  
interfaccia,	
   il	
   kit	
  può	
   essere	
   impiegato	
   per	
  condurre	
   esperimenti,	
   registrare	
   dati	
   e	
   disegnare	
   gra9ici	
  
sull’andamento	
  dell’intensità	
  di	
  luce	
  o 	
  della	
  distanza.	
  In	
  questo	
  modo	
  il	
  robot	
  diventa	
  uno	
  strumento	
  di	
  
misura	
  per	
  esperimenti	
  di	
  qualsiasi	
  genere	
  (di	
  scienze,	
  matematica,	
  9isica...).

                                           Robot che segue una pista grazie al sensore di luce.

5.3.        La TERZA FASE – Preparazione dell’elaborato finale

Questa	
  ultima	
   fase	
  del	
  progetto	
  è	
  dedicata	
  a	
  preparare	
  poster,	
  presentazioni	
  multimediali,	
  disegni,	
   foto	
  
e	
   video.	
   Inoltre	
  è	
   consigliabile	
   scrivere	
  articoli	
   da	
  pubblicare	
   sul	
  sito	
  web	
   del	
  progetto,	
  sul	
  giornalino	
  
scolastico	
  e/o	
  su	
  organi	
  pubblici.	
  
La	
   parte	
   più	
   stimolante	
   per	
   gli	
   studenti	
   sarà	
   la	
   presentazione	
   del	
   proprio	
   lavoro	
   ai	
   docenti	
   e	
   ai	
  
ricercatori	
   provenienti	
   dalle	
   altre	
   scuole.	
   	
   Questa	
   fase	
   fungerà	
   quindi	
   anche	
   da	
   veri=ica	
   di	
   tutte	
   le	
  
attività	
   svolte	
   nei	
  mesi	
  precedenti,	
  mettendo	
   in	
  mostra	
  quanto	
  i 	
  ragazzi	
  abbiano	
  imparato	
  ed	
   abbiano	
  
assimilato.
Sarà	
   organizzata	
   una	
   giornata	
   conclusiva	
   durante	
   la	
   quale	
   ogni	
   gruppo	
   potrà	
   introdurre	
   il	
   proprio	
  
robot	
  e	
   le	
   sue	
   caratteristiche.	
  Potranno	
  essere	
  programmate	
   delle	
  gare	
   tra	
  prototipi	
  dello	
  stesso	
   tipo	
  e	
  
saranno	
  previsti	
  dei	
  premi	
  per	
  i	
  migliori	
  elaborati.

                                              Scuola Superiore Sant’Anna - Istituto di BioRobotica                                                              p .13
Robotica Educativa - nell’ambito del progetto “SOS Lavoro”

 Stampa: Centro Stampa del Comune di Livorno, novembre 2013

                                                              p .14
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