TOBBIE II: Sperimentiamo la robotica con un piccolo Robot governato dalla board micro:bit

Avete mai valutato l’idea di avere un robot come amico? No, non ci stiamo referendo a qualche cartone animato o a qualche serie TV futuristica, ma di farlo nella realtà. Ebbene, se la vostra risposta propende per il sì, ci teniamo quindi a presentarvi Tobbie II, un robot interamente programmabile per fare tutto ciò che vogliamo o per tenerci semplicemente compagnia e distrarci.
La caratteristica principale di questo robot è che oltre ad essere il fratello maggiore di Tobbie, un robot a sei zampe in grado di interagire con l’ambiente circostante tramite dei programmi già predisposti che sfruttano dei sensori infrarossi, Tobbie II possiede al suo interno una scheda programmabile micro:bit, la quale gli permette di essere più avanzato del predecessore, dato che è possibile programmarlo a piacimento per fargli svolgere numerosi compiti e attività.

All’interno del KIT

Tobbie II viene venduto in un kit tutto da montare come se fosse un modellino, quindi i pezzi sono tutti uniti a delle grandi basi di plastica pronti per essere staccati, grazie all’ausilio di un tronchesino, e incastrati tra di loro senza la necessità di usare della colla, inoltre all’interno del kit troviamo anche due motori che consentono i movimenti principali di Tobbie II: la camminata e la rotazione del busto. Le istruzioni di montaggio, fatte ad immagini, consentono una costruzione molto facile. Si parte innanzitutto dalla base di Tobbie II, ovvero dai due pezzi contenenti i motori. Infatti Tobbie visto da davanti e dall’esterno è un robot quasi del tutto simmetrico, ma all’interno del busto le posizioni degli ingranaggi sono diverse in base al movimento che dovrà compiere quel motore.
Possiede sei gambe divise in due gruppi alternati tra di loro, ovvero durante il movimento tre gambe sono appoggiate a terra mentre le altre tre avanzano in aria per poi appoggiarsi a terra e consentire alle altre tre di alzarsi e di ritornare successivamente a terra.
Il motore, che compie il movimento rotativo, è collegato ad un perno che rimane sempre fisso, mentre la rotazione del busto avviene nella parte finale del perno consentendo così al robot di girare nella direzione esatta senza mai sbagliare.
Una volta montato il corpo il passaggio successivo sarà quello di dotare Tobbie II di un cervello, ovvero di micro:bit. Questa piccola scheda a microcontrollore (inclusa nel kit) è inserita in un apposito shield che consente alla board di gestire i motori e i sensori. La meccanica è strutturata in modo che i due pulsanti presenti su micro:bit vengano premuti azionando due perni posti sui lati della testa di Tobbie II. Sulla sommità del casco abbiamo un’apertura per permettere il collegamento di micro:bit tramite un cavo micro USB (utile per programmare la scheda velocemente senza doverla rimuovere dal robot). L’alimentazione è data da un vano batterie di quattro pile AAA accessibile dall’orecchio sinistro. Nella parte anteriore della testa si trovano poi due sensori ad infrarossi per creare diverse attività e infine, collegato alla scheda troviamo anche un buzzer che permette di emettere vari suoni.
Una volta strette tutte le viti a stella, il vostro Tobbie II è pronto per essere programmato!

La scheda micro:bit

Micro:bit non è altro che una board a microcontrollore, tipo Arduino per intenderci, ma più facile da utilizzare; è stato sviluppato dalla BBC proprio per i bambini ed è programmabile a blocchi. A differenza di Arduino possiede dei pin d’uscita che possiamo considerare “invisibili”, infatti sulla parte inferiore troviamo una sezione color oro con cinque fori e i 24 pin disponibili sono tutti lì, collegabili tramite dei cavi con un connettore a coccodrillo o espandibili in stile Arduino (pin) grazie ad un apposito shield; invece i cinque fori sono dedicati all’utilizzo di soli 3 pin (0, 1, 2) più VCC (3V) e GND, collegabili grazie a dei cavi con morsetto a banana.
Sulla parte anteriore si trovano 25 led rossi, disposti a matrice, programmabili per ottenere scritte, faccine o immagini e inoltre ci sono i due pulsanti denominati A e B già saldati sulla scheda.
Nella parte posteriore invece troviamo i vari componenti di micro:bit, un codice ID identificativo della scheda, una porta per il cavo micro USB, un tasto per il reset e un connettore per un’eventuale alimentazione esterna.
Infine la scheda è dotata di un modulo Bluetooth, un accelerometro per riconoscere i vari movimenti, come ad esempio lo scuotimento, una bussola per capire l’orientamento del robot e un sensore di temperatura.

Come programmare TOBBIE II

Per controllare Tobbie II esistono due metodi differenti: il primo passa attraverso l’applicazione gratuita scaricabile sia su Android che su iOS, mentre il secondo è tramite la programmazione fatta sul sito https://microbit.org.

Fig. 1

Tobbie II è fornito con dodici programmi pronti all’uso per imparare ad utilizzarlo (trovate il relativo file .zip direttamente nella scheda del prodotto).
In questi programmi, tra i più interessanti, troviamo un “Follow me”, ovvero un programma per far si che il nostro “robottino” ci segua, un classico “Sasso, carta e forbice”, oppure, contenuto nel dodicesimo file, denominato “APP remote control” troviamo il programma che permette di comandare da remoto Tobbie II.
Per memorizzare un programma su micro:bit bisogna collegare la scheda tramite cavo USB al computer e poi trascinare il programma .hex nella sezione dedicata sui dispositivi connessi al computer (Fig. 1).

La programmazione

Per programmare Tobbie II è disponibile la piattaforma online gratuita di micro:bit (Fig. 2) raggiungibile dall’indirizzo https://microbit.org nella sezione “Let’s code” e qui potrete scegliere in quale linguaggio programmare: se a blocchi, in Javascript o in Python (Fig. 3). Il bello della piattaforma è che supporta vari linguaggi, tra i quali sicuramente quello a blocchi è il più semplice per dei principianti.

Fig. 2

Nella sezione blocchi selezioniamo “nuovo progetto” per poi andare su Avanzati>Estensioni e cerchiamo “Tobbie” nella barra delle ricerche per aggiungerla all’IDE. Adesso nella sezione dei blocchi disponibili ci sarà quella dedicata a Tobbie II. I blocchi riportati sono suddivisi in apposite sezioni differenziate dai colori: i blocchi azzurri, denominati “fondamentali”, servono per l’accensione dei led seguendo dei disegni già prefissati o per la creazione dei nostri disegni o delle nostre scritte; i blocchi viola sono dedicati agli input di micro:bit che, come visto prima, possono essere i due pulsanti o la posizione della scheda; i blocchi rossi servono per la musica, ovvero per i suoni che il nostro buzzer può emettere; quelli verdi sono dedicati ai cicli inseribili nei vari programmi (while, do while, for); infine quelli azzurri contengono istruzioni come l’if. La parte di color porpora è dedicata alla creazione delle nostre variabili, mentre la parte viola serve per eventuali operazioni matematiche fatte con le nostre variabili e, infine, i blocchi arancioni sono dedicati a Tobbie (Fig. 4), infatti contengono i suoi movimenti e i suoi input tramite i due sensori ad infrarossi posti sotto la visiera.
La cosa interessante della programmazione a blocchi tramite questo sito è che mentre si sta programmando a blocchi il programma viene automaticamente convertito in JavaScript e viceversa, così da permettere anche ai meno esperti di avvicinarsi ad un nuovo linguaggio di programmazione.

Fig. 3

I programmi disponibili per Tobbie II sono quelli elencati di seguito.
00. Assembly-Checker.hex, che serve per il primo avvio.
01. Explorer.hex: esplora l’ambiente circostante.
02. Follow_Me.hex: il robot vi seguirà ovunque andrete.
03. Singing-Dancing.hex: il robot inizierà a cantare e ballare.
04. Light-Tracker.hex, per seguire una luce.
05. Thermometer.hex diventa un termometro digitale.
06. Calculator.hex: Tobbie II diventa una calcolatrice in grado di fare delle operazioni elementari tramite i due pulsanti.
07. Rock_Paper_Scissors.hex: corrisponde al gioco sasso carta forbice.
08. Dice.hex estrarrà un numero a caso da 1 a 6 come se fosse un dado.
09. Notice-Board.hex vi farà praticamente da post it ricordandovi qualcosa (inseribile modificando il programma) quando passerete davanti a lui.
10. Compass.hex trasformerà Tobbie II in un compasso.
11. Bowling.hex: il robot diventerà una palla da bowling che camminerà verso il bersagli in base a quanto avrete fatto giusto il movimento di lancio (non lanciatelo!).
12. APP Remote Control.hex programma da installare per poter usare l’applicazione da telefono.

Programma FOLLOW ME con micro:bit

Questo programma, già predisposto dai creatori di Tobbie II, sfrutta i due sensori a infrarossi del robot per permettergli di seguire una direzione imposta da un oggetto, ad esempio la nostra mano, posto davanti a lui.
I sensori ad infrarossi, simili a quelli che si utilizzano con Arduino, sono dei sensori che sfruttano dei raggi ad infrarossi (λ=700nm) per rilevare la distanza di un oggetto.


Per esaminare il codice possiamo semplicemente aprire il file .hex nella sezione di micro:bit dedicata alla programmazione.
Una volta aperto, noteremo che per tutta la durata del programma vengono rilevati costantemente i valori dei sensori di destra e di sinistra, e in base ai valori rilevati Tobbie II eseguirà una determinata funzione.
Facciamo però attenzione al fatto che i sensori funzionano in modo contrario a quello a cui siete probabilmente abituati, infatti più il valore numerico è alto più significa che l’oggetto è vicino al sensore, più è basso invece, più l’oggetto è lontano, ma i valori oscillano comunque tra 0 e 1.023, dove un 900 può essere considerato come il suo massimo.
Se i due sensori sono entrambi ad un valore maggiore di 310, Tobbie II camminerà all’indietro perché significherà che la vostra mano sarà vicino alla faccia del robot, se uno dei due sensori sarà ad un valore maggiore di 400 Tobbie II si muoverà verso quel sensore, per attuare i movimenti di destra e di sinistra mentre, nell’ultimo caso, se entrambi i sensori hanno un valore maggiore di 50, Tobbie II camminerà in avanti, ma attenzione a non allontanarvi troppo perché Tobbie II potrebbe smettere di seguirvi se supererete una distanza maggiore di quella massima rilevabile.

Sasso, Carta, Forbice con micro:bit

Questo programma dimostrativo consente di giocare insieme a Tobbie all’omonimo gioco che molti di voi conosceranno.
Nella memoria della micro:bit sono memorizzate le tre icone del gioco e, una volta che vi sarete avvicinati ad uno dei due sensori, Tobbie II vi mostrerà le sue icone per poi iniziare a girare su se stesso, durante quest’ultima azione il codice prenderà a caso un numero tra 1 a 3 e finito il giro visualizzerà l’immagine corrispondente al numero scelto, che corrisponde poi ad una delle icone: sasso, carta o forbice. È un programma molto facile e divertente con cui passare del tempo insieme al vostro nuovo amico cibernetico.
EXPLORER
Questo programma, invece, è l’ideale per consentore a Tobbie II di muoversi orientandosi nell’ambiente; infatti una volta cliccato il pulsante A, Tobbie II inizierà a muoversi in avanti fino a quando non troverà un ostacolo, per poi fermarsi, cambiare direzione e ripartire, fino a quando non cliccherete il pulsante B.

Controllare il robot con micro:bit via bluetooth

Per poter utilizzare questa applicazione abbiamo innanzitutto bisogno di avere programmato micro:bit con il programma APP Remote Control.hex.
Dobbiamo inoltre aver installato l’app sul nostro smartphone (Fig. 5). Fatto questo attiviamo il Bluetooth e colleghiamo il nostro Tobbie tramite il pulsante di scansione.
Una volta connesso avremo a disposizione un joystick per il movimento, delle faccine per cambiare la disposizione dei LED e una cella di inserimento del testo per mandare qualche messaggio scorrevole: la Fig. 6 propone l’interfaccia dell’applicazione con a sinistra il pad per il movimento, in centro le icone da mostrare sulla faccia di Tobbie II e in fondo una casella di testo per fare scrivere dei messaggi scorrevoli sulla faccia del robot.
Nel caso non si volesse controllare Tobbie II col joystick è possibile utilizzare anche uno smartphone o tablet come sensore di orientamento; a riguardo, in Fig. 7 è proposto il joystick che fa muovere Tobbie II in base all’orientamento dello smartphone, se piegato in avanti, indietro o verso destra e sinistra. Questa funzione sfrutta l’accelerometro interno al telefono, normalmente sfruttato per la funzione di orientamento automatico dello schermo.

Fig. 6 e Fig. 7

Conclusioni

Tobbie II è il robot giusto se state cercando qualcosa di avanzato ma non troppo difficile da utilizzare e programmare, con il quale potete anche imparare un secondo linguaggio di programmazione nel caso non lo conosceste. Non vi rimane che provare tutti i dodici programmi forniti e dare sfogo alla vostra fantasia per creare quello che più vi piace con il linguaggo che vorrete. Buon lavoro, ma soprattutto … buon divertimento.

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