Didattica della robotica con lego nxt 2

Didattica della roboticacon Lego Mindstorms NXT 2

lezione introduttivaProf. Michele Maffucci

CC-BY-SA Prof. Michele Maffucci

CC-BY-SA

Prof. Michele Maffucci

Argomenti

● Introduzione● Consegna● Costruiamo il robot

○ Supporti per ruote e pulsanti○ Ruota posteriore○ Pulsante anteriore○ Sensore ad ultrasuoni frontale○ Motori○ Collegamento sensore e motore

● Progettare● Programmare● Esercizi

Il codice e le slide utilizzate sono suscettibili di variazioni/correzioni che potranno essere fatte in ogni momento.

Struttura della lezione

CC-BY-SA

Didattica della robotica con Lego Mindstorms NXT 2

Introduzione

Prof. Michele MaffucciCC-BY-SA

La seguente presentazione intende fornire le competenze di base per la realizzazione di lezioni di didattica delle robotica nella scuola media e nel biennio della scuola superiore.

Il metodo adottato per lo svolgimento delle lezioni è per scoperte successive, in nessuna occasione vengono fornite istruzioni preliminari sull’uso dell’interfaccia di programmazione o sul metodo di collegamento dei vari componenti, il tutto avverrà durante l’esecuzione della costruzione e della programmazione, lasciando allo studente la possibilità di scoprire alternative e miglioramenti alle soluzioni proposte sotto la guida del docente.

Il docente che intendesse sviluppare un percorso di didattica della robotica per insegnare informatica o matematica, potrà utilizzare questa prima lezione come base per sviluppare moduli didattici aggiuntivi. La presentazione è da intendersi introduttiva ed è il mio personale tentativo di strutturare un percorso modellabile a seconda del tipo di scuole (media o superiore) su cui chi vorrà potrà effettuare miglioramenti su quanto da me scritto.

Questa lezione introduttiva è tratta dal percorso di didattica della robotica da me realizzato e svolto nel primo biennio della scuola superiore.

Per contatti ed ulteriori informazioni rimando alle ultime pagine di questa lezione.

Grazie

Ulteriori approfondimenti e risorse a questo corso possono essere trovate sul mio sito personale al seguente link:

http://www.maffucci.it/

Prof. Michele Maffucci

Didattica della robotica con Lego Mindstorms NXT 2 Introduzione

CC-BY-SA

Costruiamo il robot

GIANO Roverrobot didattico

Costruiamo il robotDidattica della robotica con Lego Mindstorms NXT 2

complessivo vista 1/5

Supporti per ruote e pulsanti

SupportiDidattica della robotica con Lego Mindstorms NXT 2

Ruota posteriore

Ruota posterioreDidattica della robotica con Lego Mindstorms NXT 2

Pulsante anteriore

Pulsante anterioreDidattica della robotica con Lego Mindstorms NXT 2

Sensore ad ultrasuoni frontale

Sensore ad ultrasuoniDidattica della robotica con Lego Mindstorms NXT 2

Motori

MotoriDidattica della robotica con Lego Mindstorms NXT 2

Fissaggio motori e sensori

Fissaggio motori e sensoriDidattica della robotica con Lego Mindstorms NXT 2

Collegamento motori e sensori

Collegamento motori e sensoriDidattica della robotica con Lego Mindstorms NXT 2

Progettare

Didattica della robotica con Lego Mindstorms NXT 2 Progettare

Programmare

Didattica della robotica con Lego Mindstorms NXT 2 Programmare

Cosa bisogna sapere

● aritmetica di base● numeri decimali e frazioni● relazione tra diametro e

circonferenza● conversioni millimetri

centimetri

doppio click sull’icona MINDSTORMS NXT

Power (Potenza): Questo cursore controlla la velocità del motore.A basse velocità del motore potrebbe non esserci sufficiente forza di rotazione (coppia) per permettere il movimento del robot. In generale, livelli di potenza compresi tra 10 e 100 sono appropriati per la maggior parte degli esperimenti.

Duration (Durata): la proprietà più importante della finestra di configurazione, permette di controllare per quanto tempo il motore girerà. Sono possibili 4 opzioni: illimitato, angolo, numero di rotazioni e secondi. In questo esercizio useremo solo gradi e numero di rotazioni.

Next Action (Azione Successiva): è possibile specificare cosa deve accadere una volta che il motore ha cessato la sua azione. La differenza tra le due azioni è molto simile a quanto è possibile fare con una automobile: ci si può fermare bruscamente (Brake) oppure lentamente (Coast).

Un po’ di matematica e geometria

La circonferenza di una ruota può essere calcolata come:

c = π × ddove:

c = circonferenzaπ = 3,14 (approssimato)d = diametro della circonferenza

Per una ruota standard di un NXT il diametro d è di 45 mm dalla formula sopra abbiamo che la circonferenza c è:

c = 3,14 x 45 mm = 141 mm (circa)

Sapendo la distanza tra le due ruote del robot che abbiamo costruito (168 mm) possiamo ricavare quale deve essere la distanza che deve compiere il robot per fare mezzo giro.

Sappiamo che: c = π × d

sappiamo che il diametro è di:

167 mm

allora per compiere mezzo giro il robot dovrà compiere mezza circonferenza:

c/2 = (π × d)/2quindi:

(3,14 x 167)/2 = 262 mm

262 mm è la distanza che le ruote devono percorrere per compiere mezzo giro.

Domanda:quante rotazioni deve fare ogni singola ruota per far

girare di mezzo giro il robot?

Abbiamo visto che:

la distanza compiuta da una rotazione completa di un NXT è di 141 mmla rotazione di mezzo giro del robot avviene facendogli percorrere 262 mm

allora il numero di rotazioni che le ruote devono compiere per far eseguire mezzo giro sarà:

Rotazioni = (262 mm) / (141 mm) = 1,86 rotazioni

Una rotazione corrisponde a 360° quindi 1,86 rotazioni corrisponderanno a:

360 x 1,86 = 670°

Utilizzando del nastro di carta adesivo sagomare una freccia da applicare come rappresentato nell’immagine.

Muovere il robot in avanti facendo girare di 90° le ruote

programma 1

Muovere il robot in avanti facendo girare le ruote di0.25 rotazioni

programma 2

0,25 rotazioni = 90°

equivalente ad 1/4 di rotazionedi un’intera circonferenza

programma 2

Utilizzando un foglio di carta millimetrata o un righello verificare qual’é la distanza percorsa del robot quando le ruote girano di una rotazione.Dovreste verificare che questa distanza corrisponde alla circonferenza delle ruote, circa 141 mm.

programma 3

Utilizzando un foglio di carta millimetrata o un righello verificare qual’é la distanza percorsa del robot quando le ruote girano di 3,55 rotazioni.

programma 4

Muovete il robot in avanti 3,55 rotazioni velocemente e 3,55 rotazioni indietro lentamente.

programma 5

Movimento in avanti:● 130 mm con power a 25● 130 mm con power a 50● 240 mm con power a 75

Movimento indietro:● 130 mm con power a 15● 130 mm con power a 40● 240 mm con power a 65

programma 6 1/5

Ma qual’é la relazione che intercorre tra la distanza percorsa e il numero di rotazioni delle ruote?

Sappiamo

1 rotazione corrisponde al diametro della ruota: 141 mm

Conosciamo le distanze che compie il robot

Calcolo

impostiamo la proporzione:

1 : 141 = rotazioni : distanza-da-percorrere

da cui:

programma 6 2/5

programma 6 3/5

programma 6 4/5

programma 6 5/5

programma 7

Fare girare in senso orario di 180° il robot sul proprio asse (le ruote devono compiere una rotazione di 670° o di 1,86 rotazioni)

programma 8

Far avanzare il robot di 500 millimetri, ruotare di 180° tornare al punto di partenza e riposizionarsi, ruotando nuovamente in senso orario di 180°.

programma 8 2/6

programma 8 3/6

programma 8 4/6

programma 8 5/6

programma 8 6/6

Esercizi

Didattica della robotica con Lego Mindstorms NXT 2 Esercizi

Esercizio 1

Far compiere al robot un percorso in senso orario avente la forma di un quadrato di lato 500 mm.Il robot deve assume come posizione finale quella che aveva all’atto della partenza.

Esercizio 2

Far compiere al robot 1 giro in senso orario avente la forma di un quadrato di lato 500 mm e successivamente 1 in senso antiorario sempre sullo stesso quadrato.Il robot deve assume come posizione finale quella che aveva all’atto della partenza.

Esercizio 3

Far compiere al robot un percorso a forma di 8 descritto su un percorso fatto da due quadrati di lato 500 mm.Il robot deve assume come posizione finale quella che aveva all’atto della partenza.

Esercizio 4

Sviluppare gli esercizi 1/2/3 utilizzando l’istruzione Loop che vi permette di ripetere ciclicamente una o più istruzioni.Per eseguire questo esercizio individuate quali sono le istruzioni che si ripetono ciclicamente.

Esercizio 4 2/4 impostazione loop

Esercizio 5

Far compiere al robot un percorso in senso orario avente la forma di un triangolo rettangolo avente i due cateti lunghi 500 mm. Il robot deve partire come rappresentato in figura (parallelamente ad uno dei due cateti).Il robot deve assume come posizione finale quella che aveva all’atto della partenza.

Esercizio 6

Far compiere al robot un percorso in senso orario avente la forma di un trapezio rettangolo avente lato maggiore di 1500 mm e lato minore di 500 mm. Il robot deve assume come posizione finale quella che aveva all’atto della partenza.

GrazieProf. Michele Maffucci

www.maffucci.itmichele@maffucci.it

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Licenza presentazione:

Didattica della robotica con lego nxt 2

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