Un braccio robotico open source ea basso costo per l’istruzione online
I ricercatori del Tecnologico de Monterrey in Messico hanno recentemente creato un braccio robotico a basso costo che potrebbe migliorare l’educazione alla robotica online, consentendo agli insegnanti di dimostrare a distanza i concetti teorici spiegati durante le lezioni. Questo braccio robotico, presentato in un documento pubblicato su Hardware X, è completamente open source e può essere facilmente assemblato da tutti gli insegnanti e gli educatori in tutto il mondo.
“Questo progetto è iniziato durante l’epidemia di COVID-19 nel marzo 2020”, ha dichiarato a TechXplore Victor H. Benitez, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio. “Dopo aver appreso della cinematica diretta e inversa e delle sue applicazioni, due studenti, Rodrigo Symonds e David Elguezabal, sono venuti da me con l’idea di creare un braccio robotico a due collegamenti con funzionalità IoT come progetto per la loro classe di robotica”.
Benitez ei suoi studenti hanno deciso di creare un robot economico che potesse essere assemblato al di fuori degli ambienti di laboratorio (ovvero, senza la necessità di strumenti e attrezzature avanzati), ma che potesse essere utilizzato per mostrare complessi concetti di robotica in un ambiente fisico. Un esempio di questi concetti è la cinematica, un processo matematico alla base dei movimenti dei robot che può essere difficile da comprendere per gli studenti quando viene loro spiegato solo teoricamente (cioè senza alcuna dimostrazione fisica).
“Il nostro braccio robotico utilizza un processo matematico chiamato cinematica”, ha spiegato Benitez. “La cinematica diretta consiste nell’utilizzare matrici con i valori dell’angolo di giunzione desiderati per determinare la posizione dell’effettore finale. Abbiamo utilizzato la convenzione Denavit-Hartenberg per implementare questo comportamento nel robot. D’altra parte, la cinematica indiretta è principalmente equazioni trigonometriche che creano relazioni tra lunghezze e angoli per calcolare come devono muoversi le articolazioni del braccio affinché l’effettore finale raggiunga un dato punto o traiettoria nello spazio.”
La traiettoria che un braccio robotico deve seguire per spostare un effettore finale (cioè un oggetto di interesse) in un luogo specifico è determinata da coordinate specifiche o funzioni parametriche. In questo contesto, l’end effector potrebbe essere qualsiasi oggetto che il braccio sta tentando di muovere, come un pennarello, un laser o persino una pinza robotica.
A differenza di altri bracci robotici esistenti, questo braccio ha bassi costi di produzione. Può anche essere collegato a sorgenti WiFi e può essere controllato da remoto tramite un’app online. Ciò lo rende ideale per l’apprendimento a distanza, in quanto consente a insegnanti e studenti che comunicano su Internet di sperimentare con lo stesso braccio. Inoltre, il programma su cui si basa consente agli utenti di accedere facilmente a ogni comando e parametro dietro i movimenti del braccio, il che può supportare ulteriormente l’apprendimento e migliorare la comprensione da parte di ogni studente dei processi alla base del comportamento di un robot.
Il braccio robotico ha quattro componenti chiave: una struttura del braccio elettromeccanico, un sistema di controllo, un modulo di comunicazione wi-fi e un’interfaccia uomo-macchina. È interamente open source e modificabile, il che significa che gli educatori di tutto il mondo possono accedere al suo design e adattarlo in base alle loro esigenze specifiche. Usando questo braccio, gli insegnanti possono dimostrare molti concetti di robotica, ma anche toccare altri argomenti legati alla matematica, alla stampa 3D, all’informatica e alla programmazione.
“Il nostro robot è stato progettato principalmente per scopi educativi”, ha affermato Benitez. “Gli educatori possono facilmente utilizzare e modificare il braccio robotico per insegnare agli studenti le applicazioni dei numerosi argomenti menzionati nelle loro lezioni, anche quando affrontano le difficoltà dell’istruzione online”.
Il recente lavoro di Benitez e dei suoi studenti dimostra che è possibile costruire un robot utile ed efficiente utilizzando componenti elettronici e attuatori a prezzi accessibili. Quando i ricercatori hanno valutato il loro braccio robotico, hanno scoperto che si tratta di uno strumento altamente efficace per dimostrare concetti teorici, sia in laboratorio che a distanza. Gli educatori di tutto il mondo potrebbero presto iniziare a usarlo per insegnare agli studenti online in modi più coinvolgenti, fornendo dimostrazioni tangibili degli argomenti teorici trattati durante le lezioni.
“Attualmente, un team di studenti sta sviluppando una seconda versione di questo robot con il nostro aiuto e le nostre raccomandazioni”, ha affermato Benitez. “Implementeranno aggiornamenti al robot e miglioreranno le prestazioni e l’affidabilità del progetto originale senza sacrificarne i vantaggi (prezzo basso, integrazione IoT, scopo educativo). Puntiamo a un equilibrio tra prezzo e utilità per consentire a questo progetto di essere applicato in tanti modi diversi”.
