Corso di Robotica: 5 Programmazione per la Robotica

5 – Programmazione per la Robotica

Obiettivi del Modulo

Questo modulo si propone di introdurre gli studenti alla logica di programmazione applicata alla robotica, fornendo le competenze necessarie per sviluppare software che interagisca con sensori e attuatori. Gli obiettivi specifici includono:

  1. Comprendere la struttura fondamentale di un programma robotico: acquisizione dati, elaborazione e controllo dell’output.
  2. Apprendere le basi della programmazione in linguaggi chiave per la robotica: C/C++ (Arduino) e Python (Raspberry Pi).
  3. Sviluppare capacità di progettazione di algoritmi per comportamenti autonomi dei robot.
  4. Applicare concetti di controllo, logica condizionale, cicli e gestione dei dati dei sensori.
  5. Sperimentare con attività pratiche che consolidino la comprensione teorica.

Contenuti del Modulo

1. Programmazione base in C/C++ per Arduino

  • Struttura di un programma Arduino: setup() e loop().
  • Tipi di dati, variabili e costanti.
  • Operatori aritmetici, logici e di confronto.
  • Strutture di controllo: if-else, switch, cicli for e while.
  • Funzioni di input/output digitale e analogico (digitalRead, digitalWrite, analogRead, analogWrite).
  • Gestione temporizzazione e delay, importanza della frequenza di campionamento.

2. Python per la robotica con Raspberry Pi

  • Ambiente di sviluppo e interfaccia GPIO.
  • Tipi di dati e strutture fondamentali (liste, tuple, dizionari).
  • Controllo di flusso: if, for, while.
  • Funzioni e moduli per l’accesso ai sensori e agli attuatori.
  • Concetti di programmazione ad eventi e gestione di input asincroni.

3. Struttura di un software robotico

  • Input: lettura dati da sensori (ultrasuoni, IR, encoder, fotocellule).
  • Elaborazione: decisioni basate su algoritmi, logica condizionale, filtri (es. media mobile o Kalman per dati rumorosi).
  • Output: comando a motori, LED, servo o altri attuatori.
  • Importanza del loop di controllo e della gestione dei tempi di risposta.

Attività pratiche

1. Far seguire una linea a un robot

  • Uso di sensori a infrarossi o fotocellule per rilevare il contrasto tra superficie chiara e scura.
  • Sviluppo di un algoritmo base di correzione della traiettoria:
    • Sensore centrale attiva il motore avanti.
    • Sensore laterale rileva deviazione → correzione motori destra/sinistra.
  • Introduzione a concetti di PID semplificato per migliorare la stabilità del percorso.

2. Programma di movimento casuale

  • Generazione di numeri casuali per decidere direzione e durata dei movimenti.
  • Controllo dei motori DC o servo in modo casuale ma sicuro.
  • Discussione sul comportamento emergente e sull’importanza dei limiti per evitare collisioni.

Approccio didattico e metodologico

  • Lezioni teoriche mirate: concetti di logica e sintassi nei due linguaggi principali.
  • Esercitazioni guidate: sviluppo passo passo dei programmi, con spiegazioni dei blocchi di codice.
  • Laboratori di integrazione: combinare più sensori e attuatori per realizzare comportamenti complessi.
  • Analisi critica dei programmi: identificazione di bug, ottimizzazione della logica e miglioramento dell’affidabilità.

Risultati attesi

Al termine del modulo, gli studenti saranno in grado di:

  • Scrivere programmi base per microcontrollori e computer embedded.
  • Implementare comportamenti autonomi semplici nei robot.
  • Leggere dati dai sensori, elaborare informazioni e controllare attuatori in maniera coerente.
  • Comprendere l’importanza della logica condizionale e dei cicli nell’automazione robotica.
  • Progettare algoritmi che integrino sicurezza, efficienza e affidabilità nei movimenti del robot.


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