Mobil robotik med repa: hur man kan integrera Scratch, Arduino och Bluetooth

Länge kämpade vi med uppgiften att skapa en enkel, billig, plattformsoberoende, tillförlitlig och stabil strategi att integrera Scratch och Arduino så att du kunde använda Scratch att lära ut de principer och programmering av mobila robotar (inklusive bilar och vandrare) till Middle School-aged kids.

För denna strategi ställde vi följande krav:

• Baseras på öppen och fri plattformar eller på minst plattformar tillgänglig utan kostnad, med en omfattande och tillförlitlig utvecklare gemenskapen.
• Köra minst på Linux och företrädesvis på både, PC x86 och Raspberry Pi;
• Stöd extensible, toppmoderna Scratch dialekter som MIT Scratch 2 och SNAP!;
• Stöd trådlös kommunikation med låg kostnad Robotics/fysiska Computing plattformar såsom Arduino använder en billig trådlös kommunikationskanal som Bluetooth, tillförlitligt användbara utan kommunikation sylt i ett klassrum med minst 15 olika grupper arbetar på samma tid på olika projekt ansluter till minst 15 olika datorer;
• Vara stabil och tillräckligt tillförlitlig för att kunna användas i familjen programmering Workshops och Middle School Robotics klasser.
• Vara enkelt att styras av lärare med lite bakgrund i Computing.

Svaret på denna questen verkar vara enkel: "ta en dator med en repa 2.0 eller SNAP! installation, ladda ner och installera en av olika Scratch till Arduino gränssnitt som finns på Internet, ta en Arduino med Firmata, sticka en Bluetooth-modul ovanpå det och pang!, du kör!"

När vi började försöka, mer än ett år sedan, upptäckte vi snart att, även om majoriteten av nödvändig information är mer eller mindre tillgängliga på Internet, de flesta av hinder som bosatta i Detaljer: ibland en repa 2.0 Offline installation på Linux lyckats, ibland inte. Bluetooth-kommunikation som envist vägrade att arbeta för en modul och som magi, plötsligt arbetat med en annan modul med exakt samma specifikationer, och så vidare.

Så vi bestämde oss att vara vetenskaplig och att gå till marken i vart och ett av de problem vi stött på, förstå och lösa dem, och producera en uppsättning tutorials som är enkelt och tydligt nog för lärare med vissa Computing bakgrund eller teknik-intresserade föräldern som vill börja lära visual-programmering-baserade Robotics eller fysiska datorer till barnen med hjälp av öppna plattformar.

Vi kom upp med 4 tutorials som angriper var och en av de stora problem vi stött på. Dessa tutorials inte bara beskriva exakt vad som skall göras och varför vi diskuterar också när man måste göra alla steg och när du kan lämna några. Dessutom förklarar vi, på ett enkelt språk, varför något måste göras på ett sådant sätt och inte annorlunda.

Här är de:

1. Hur man installerar MIT Scratch 2 Offline redaktör på Linux
2. Hur man installerar Scratch/Arduino meddelande
3. Hur du konfigurerar din Bluetooth-modul för kommunikation mellan grunden och Arduino
4. Mobile Robotics med repa: förbereda din Linux-dator, Arduino och Scratch att kommunicera trådlöst via Bluetooth

Om du vill se vad vi gör, har vi en blogg där vi lägger några av de experiment som resulterar från detta arbete. Inlägg är på portugisiska, men de är fulla av bilder och videor som talar för sig själva.

Nedan följer två exempel på inlägg av Scratch-driven mobila robotar. Vi byggde de flesta av dem med låg kostnad plast byggsatser med stora skruvar. Tanken var att testa byggnadsmaterial som kan användas i klassrummet och som skulle kunna hanteras enkelt och snabbt genom barnen, så att de kan göra lite teknik och bygga hela modellerna själva under klasser (istället för att använda färdiga att köra robotics plattformar med låga pedagogiska effekter). Vi började med olika kit som finns på eBay och slutade med byggnadsmaterial produceras specifikt för skolor kallas ATTO Educacional:

• En Scratchy Bluetooth bil
• Klädhängare Walker Revisited med Scratch

Avsikten med denna blogg är att samla idéer till projekt som kan vara användbara i samband med en Robotics klass eller workshop för barn. Vi förväntar oss snart att ha de mest lovande projekt i den här kategorin validerade med dem och på vår hemsida.

Datorer på skolan initiativ

Som en del av våra Computing på skolan (http://www.computacaonaescola.ufsc.br) initiativ kör vi familjen workshops antingen som en del av skolans program eller fristående. Seminarierna syftar till barn (6-14 år) tillsammans med en förälder (eller någon form av vuxen familjemedlem eller vän).

Under workshopen deltagarna lära att genomföra ett litet projekt i grunden. Vi väljer projekt där lära sig att programmera innebär enkel rörelse och ser kommandon som evenemang, villkorssatser och slingor använder också avkänning kommandon och operatörer. Samtidigt som undervisningen till program presenterar vi också grundläggande computing begrepp som förståelse för algoritmisk problemlösning (problemformuleringen, genomförande och testcykeln), samarbete i form av par programmering samt att förstå att ett datorprogram är en uppsättning instruktioner att ageras.

Vi utvecklar även instruktions enheter för undervisning computing program i skolan. Vi utvecklar för närvarande en tvärvetenskaplig Scratch spelet 12-timmars programmeringsenhet för grundskolor och en 24-timmar enhet om fysiska computing med skrapa och en låg budget Arduino kit för mitt skolor.

C. Gresse von Wangenheim, A. von Wangenheim. Lära ut programmering i familjen Workshops . IEEE Computer Magazine, 47(8), augusti 2014. Finns även på [ResearchGate].