risorse | robodojo con mbot

RoboDojo con mBot

L'11 e 18 novembre 2018 CoderDojoFVG assieme ai volontari dell'associazione Famigliattiva di Palmanova ha organizzato il primo RoboDojo regionale (qui la pagina ufficiale dell'evento). In questa pagina ho raccolto il materiale tecnico che ho preparato per l'occasione.

Slide

• slide in formato LibreOffice Impress (18MB);
• slide in formato PDF (50MB);
• slide con annotazioni, in formato PDF (26MB).

Progetti mBlock

La tabella sottostante raccoglie i progetti realizzati a supporto della conduzione del RoboDojo, tutti verificati con mBlock v. 3.4.11 su Windows 7 e mBlock 4.0.4 su Ubuntu 16.04. Sono riferiti per nome nelle note delle slide.

Scaletta di massima

Questa che segue è la scaletta che avevo preparato come canovaccio a supporto delle slide (qui l'originale in formato testuale). Per ragioni di tempo non mi è stato possibile seguirla passo per passo; in grigio sono riportati i punti che ho tralasciato.

Introduzione

• cosa è un robot: origine del termine, definizione – dal dizionario Treccani:

  Apparato meccanico ed elettronico programmabile, impiegato nell’industria, in sostituzione dell’uomo, per eseguire automaticamente e autonomamente lavorazioni e operazioni ripetitive, o complesse, pesanti e pericolose.

• esempi: androidi, casalinghi, industriali, militari, medicali, spaziali;
• principi di funzionamento e struttura di un robot: sensori, controllo, attuatori.

Premesse

• se si lavora in gruppo, scambiarsi i ruoli di tanto in tanto.

Introduzione a mBot

• principali sensori e attuatori;
• mCore, ovvero il circuito di controllo – consegna della scheda e del cavo usb;
• affinità con Arduino;
• fonti di alimentazione, interruttore per l'accensione;
• cenni sul modulo wireless bluetooth/wifi se presente;
• prova di accensione tramite il cavo USB.

Primo programma - LED

• breve presentazione dell'ambiente di programmazione mBlock;
• connessione della scheda a mBlock per poterla programmare;
• cosa sono i LED, dove si trovano su mCore;
• guida alla definizione del primo programma, che accende i due LED di rosso;
• predisposizione dell'ambiente in modalità «Arduino»;
• trasferimento del programma per mezzo del pulsante «Upload to Arduino».

Esercitazione

• ridurre la luminosità dei LED;
• spegnere i LED dopo qualche secondo;
• far lampeggiare i LED;
• far lampeggiare i LED alternativamente.

Intermezzo n. 1: sintesi additiva RGB

• cenni sulla sintesi RGB (colore luce);
• usare mCore per scoprire quali sono i colori secondari;
• realizzare un semaforo temporizzato;
• far cambiare colore ai LED ogni secondo, in modo causale;
• replicare il lampeggiante della polizia: 4 lampeggi stroboscopici azzurri alternati sui due LED (un lampeggio stroboscopico si ottiene accendendo il LED per 20ms e mantenendolo poi spento per 80ms).

Intermezzo n. 2: la programmazione

• ruolo del programmatore e del linguaggio naturale;
• il circuito da programmare e il linguaggio binario;
• linguaggi ad alto e basso livello, necessità di un “interprete”;
• ruolo del linguaggio intermedio usato da mBlock (C/C++);
• compilazione e trasferimento del programma su mCore in mBlock.

Intermezzo n. 3: hardware, software e firmware

• breve descrizione dei tre concetti.

Secondo programma - Cicalino

• principio di funzionamento del cicalino;
• emissione di una nota arbitraria.

Esercitazione

• suono dell'ottava centrale (C4 - C5) della scala diatonica;
• riproduzione della sirena della polizia:
  • G4 per 1 secondo;
  • E5 per 1/6 di secondo;
  • G4 per 1/6 di secondo;
  • E5 per 1/6 di secondo;
  quindi ripetere la sequenza;

• riproduzione di una melodia famosa a partire dallo spartito.

Prestazioni

La ridotta potenza di calcolo di mCore non consente di suonare la sirena e al contempo far lampeggiare i LED. La scheda non regge il confronto con un sistema “analogo” noto, per esempio iPhone 7:

⁽¹⁾ A10 ha 4 core ma vengono usati solo due alla volta; ha pure una GPU hexa-core.

Programma n. 3 - Pulsante

Individuare il pulsante di bordo, posto sulla parte anteriore della scheda.

• uso del blocco on board button [pressed] per verificare lo stato del pulsante;
• uso del blocco if <> then per l'esecuzione condizionale di una sequenza di comandi;
• uso del blocco forever per la verifica ciclica dello stato del pulsante.

Esercitazione

• far suonare la sirena alla pressione del pulsante;
• far cambiare colore ai LED alla pressione del pulsante;
• accendere i LED solo quando il pulsante è premuto.

Montaggio di mBot

• consegna del kit da montare;
• rapida analisi dei componenti;
• via al montaggio – attenzione alle viti!
• verifica del montaggio e delle connessioni dei sensori.

Programma n. 4 - Motori

Occorre fare attenzione quando si lavora con i motori. Senza i necessari accorgimenti può accadere che il robot si muova non appena il programma è stato trasferito su mCore. Se non si è pronti, si rischia di venir presi di sorpresa. Urti e cadute possono danneggiare mBot, usare le dovute cautele. Conviene anche prevedere un modo per arrestare i motori, per non essere costretti a spegnere mBot per fermarlo. La riprogrammazione in queste condizioni può rivelarsi particolarmente scomoda.

• movimento direzionale con il blocco [run forward] at speed (255);
• analizzare i quattro movimenti base - come si muovono i due motori?
• far muovere il robot alla pressione del pulsante, arrestandolo poco dopo;
• accennare all'impossibilità di far percorrere a mBot distanze prefissate;
• controllo indipendente dei motori: blocco set motor (M1) speed (255);
• dipendenza del raggio di curvatura dal rapporto tra le velocità dei motori.

Esercitazione

• disegnare una traiettoria a «S»;
• disegnare una traiettoria a «U»;
• disegnare una traiettoria a «M»;
• tracciare alcune figure geometriche;
• percorrere una gimcana su un circuito prestabilito;
• realizzare una passeggiata casuale usando i movimenti base;
• come sopra, usando i LED per indicare la direzione di movimento:
  • verde per l'avanti;
  • rosso per l'indietro;
  • giallo (solo il LED interno, a mo' di freccia) per le rotazioni.

Programma n. 5 - Sensore ultrasonico

• principio di funzionamento - ecolocalizzazione;
• caratteristiche del sensore;
• uso del sensore per realizzare un theremin;
• uso dei LED per indicare la distanza dell'ostacolo:
  • verde per “molto lontano”;
  • giallo per “lontano”;
  • arancio per “vicino”;
  • rosso per “molto vicino”.
• uso del sensore per realizzare un sensore di parcheggio;
• uso del sensore per arrestare mBot di fronte ad un ostacolo;
• presentazione della strategia di base del programma “scansa-ostacoli”:
  • se l'ostacolo è lontano si procede diritti;
  • se è vicino si sterza.
• diagramma di flusso della soluzione;
• estensione della strategia “scansa-ostacoli”:
  • se l'ostacolo è troppo vicino, allora si effettua una sterzata in retromarcia.
• dal diagramma di flusso al programma: trasformazione passo-passo.
• strategia “scansa-ostacoli” alternativa:
  • in presenza di un ostacolo si arretra, quindi si ruota.
  il tempo di rotazione può essere prefissato o casuale;
• valutazione delle diverse strategie: ce n'é una migliore delle altre?

Sfide

• Realizzare un programma che avvicini mBot il più possibile al muro senza toccarlo. Il punto di partenza è a 1 metro in direzione perpendicolare. A parità di distanza vince il robot più veloce. Usare i LED o un segnale sonoro per indicare che mBot ha concluso la sua marcia di avvicinamento.
• Uno alla volta i robot vengono posti al centro di un'area circolare/quadrata delimitata da una barriera e contenente alcuni ostacoli. Vince il robot che riesce ad muoversi all'interno dell'arena per più tempo senza urtare gli ostacoli o la barriera. La velocità dei motori non può scendere sotto una soglia prefissata (es. 90). Trascorso un certo lasso di tempo si possono aggiungere ostacoli supplementari secondo delle regole prestabilite. Può diventare il banco di prova delle varie strategie presentate.

Programma n. 6 - Inseguimento della linea

• principio di funzionamento dei sensori rifettivi;
• valore ritornato dal sensore di linea;
• implementazione dell'algoritmo “naif” dell'inseguitore di linea;
• analisi e implementazione dell'algoritmo con memoria dell'inseguitore di linea;
• sfida di velocità su circuito;
• sistema di mantenimento della distanza di sicurezza: un inseguitore di linea procede sul circuito a velocità ridotta, gli altri lo seguono rispettando una distanza minima prefissata.

Conclusioni

• retrospettiva delle due giornate;
• le tre leggi della robotica;
• compilazione della scheda di valutazione;
• saluti.

Spunti per esercitazioni supplementari

• guida manuale di mBot tramite i tasti direzionali del telecomando;
• come sopra, usando i tasti numerici per selezionare la velocità.
• realizzare un metronomo usando il cicalino;
• simulare la sirena dei vigili del fuoco americani; da www.mblock.cc:

  Online data suggests that, the fire engine siren’s low frequency sound is between 650Hz and 750Hz, and its high frequency sound is between 1450Hz and 1550Hz. The siren sound is generated by repeating the following pattern: the low frequency sound amplifies to a high frequency sound in 1.5 seconds, and then drops back to the lower frequency in 3.5 seconds. Therefore, the fire engine siren sounds can be programmatically simulated as follows:

  set the low frequency to be 700Hz, and then set the high frequency sound to be 1500HZ, repeatedly playing the buzzer in a range from 700Hz to 1500Hz and then back to 700Hz. The ratio of amplification time to the drop time is 1.5:3.5, which is 3:7, so the ratio of frequency amplification to the drop needs to be 7:3. Then, by tuning the sound time and amplification v.s. drop’s amplitude, the fire engine siren is simulated.

• Da TechMonkeyBusiness:

  Is your mBot afraid of the dark? No? Well it - should be. There's monsters out there. Use the on-board light sensor to make your mBot speed up to get out of dark places quickly.

• Da learn.makeblock.com:

  Can you write a program that follows an object? So if the object is too close, the robot goes backwards, if the object is far away, it goes forward, and if the object is not near or far, the robot stops.

  Can you change your program from question 2, to make the robot move at different speeds?

• usare il sensore ultrasonico per raggiungere l'oggetto più vicino;
• usare il sensore di linea come antifurto: appoggiare mBot su una superficie chiara e suonare un allarme se il sensore di linea cambia valore. Come si può ingannare l'antifurto?
• usare il sensore di linea come sensore anti-caduta (funziona solo su tavoli chiari!);
• usare il sensore di linea per realizzare una passeggiata casuale entro un'area delimitata;
• …

Altre risorse

• sez. mBot su questo sito;
• sez. Examples sul sito ufficiale.

Pagina modificata il 21/11/2018