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Introduzione a ROS - Utilizzo base di ROS

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Come installare ROS: the Robot Operative System

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Introduzione al Framework ROS! Questa presentazione segue una serie di lezione che ho personalmente tenuto presso il Politecnico di Torino durante il corso "Robotics" tenuto dal Prof. Bona! iscrivetevi a https://www.facebook.com/groups/493163691070528/?fref=nf per rimanere aggiornati!

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Tutti sanno che i robot sono apparecchiature meccatroniche complesse, che di solito si muovono nel piano o nello spazio, e sono composte da numerose parti, componenti e strutture meccaniche, circuiti elettrici, schede elettroniche, attuatori, sensori, e che hanno a bordo un qualche tipo di unità di controllo (Arduino, Raspberry o altro) su cui girano i programmi per la movimentazione e la gestione del robot stesso.

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2. introduzione alla robotica di servizio

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2. introduzione alla robotica di servizio

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La teoria comprende molti aspetti: dalla definizione delle equazioni cinematiche ai modelli dinamici dei robot, dai controlli automatici all'informatica, dalla sensoristica agli azionamenti, per citarne solo alcuni. Intelligenza artificiale e big data saranno in futuro utilizzati per costruire robot sempre più "intelligenti" e adatti a lavorare spalla a spalla con gli esseri umani.

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4. Robotica di Servizio, ROS e Cloud Robotics

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4. Robotica di Servizio, ROS e Cloud Robotics

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Robotica di Servizio, ROS e Cloud Robotics

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Scrivo questo post perché ho visto molto interesse all'interno della community Rokers sul tema della Robotica di Servizio e di ROS (Robot Operating System). Il mio intento è quello di fare alcune precisazioni su queste tecnologie, e spiegarne le potenzialità.

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Quindi anche se i gradi di libertà del compito e i gradi di movimento del robot sono uguali, bisogna stare attenti a come progettare la catena cinematica, perché dobbiamo fare in modo da garantire che la punta del manipolatore, cioè il TCP, abbia i gradi di libertà richiesti dal compito se non di più (ma comunque non è possibile andare oltre sei).

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In questa puntata voglio spiegare, possibilmente in termini semplici, una serie di concetti: Come si rappresentano i corpi rigidi nello spazio tridimensionale, perché nella robotica tradizionale si fa l'ipotesi che le varie parti di un robot siano perfettamente rigide. Questo significa che durante il moto non subiscono deformazioni pur essendo...

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Il Progetto DotBot Pi è disponibile online

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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 . 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! Dove trovate tutti i sorgenti?

I file per la realizzazione dello chassis per la stampa in 3D li trovate su: thingiverse

Il software, basato su ROS, lo trovate su GitHub

Oltre all'implementazione in ROS, io mostrerò in prossimi articoli un utilizzo con l'uso del solo Arduino rilasciando il codice di base da cui partire per implementare le vostre sperimentazioni.

Ovviamente il tutto è in versione beta e suscettibile di modifiche in ogni momento, quindi la frase di rito è: "nessuna responsabilità nostra su errori di progettazione... d'altronde progettandolo nella notte qualcosa può scappare" 🙂

Le versione di cui vi illustro il montaggio è stata stampata in PLA spessore di ogni elemento 2 mm ad esclusione del supporto della breadoboard che è di spessore 1 mm.

Il robot è a base esagonale in quanto nel caso di taglio laser su compensato affiancando gli elementi riduce gli sprechi di materiale, in questo caso alcune modifiche dovranno essere apportate per i supporti dei motori, ma anche in questo caso fornirò la versione definitiva per il taglio laser su compensato.
Materiali

n. 13 giunti 25 mm x 3mm

n. 30 viti M3 da 10 mm (oppure 5 mm)

n. 4 viti M3 da 30 mm

n. 10 bulloni M3

n. 2 biglie di vetro

n. 2 motorini CC

n. 2 ruote

n. 1 contenitore per batterie (6 batterie da 1,5 V AA)

n. 1 breadboard da 400 fori

Gli elementi da stampare sono n. 12

Alla lista bisognerebbe poi aggiungere l'elettronica di controllo, ma questa parte sarà frutto di un prossimo articolo.
Passo 1: montaggio dei motori Passo 2: montaggio delle ruote ominidirezionali realizzate con delle biglie di vetro Passo 3: inserimento distanziali esagonali per secondo livello Passo 4: montaggio del contenitore per batterie Passo 5: passaggio cavi motori Passo 6: fissaggio breadboard Passo 7: supporti per schede di controllo Passo 8: blocco batteria Passo 9: passaggio cavi motori a livello superiore Passo 10: fissaggio del piano superiore e passaggio cavi motore e batteria
Lo chassis è stato progettato per ospitare le schede: Arduino UNO R3, tutti i modelli RaspberryPi incluso il Pi Zero.
Buona sperimentazione a tutti.
Nei prossimi giorni inserirò ulteriori articoli che vi guideranno passo passo alla realizzazione del robot.

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