Solo simulatori
Il laboratorio Arduino del sito, la breadboard interattiva e i modelli di questa pagina. Poi Tinkercad Circuits e i simulatori Webots o Gazebo. Si impara a programmare e a ragionare senza comprare nulla.
Ingegneria · Robotica
Robotica
Da dove si comincia, cosa bisogna sapere, cosa si può costruire. Con modelli da provare, un robot da montare, giochi, la robotica che cura e gli appuntamenti da non perdere.
Bentornato. L'ultima volta eri arrivato a .
Tocca una parte del robot.
Che cos'è un robot
Una macchina che sente, decide e agisce, da sola e più volte al secondo. Un frullatore agisce ma non sente; un termometro sente ma non agisce. Un robot fa il giro completo: misura il mondo, confronta con ciò che vuole ottenere, muove qualcosa, e ricomincia.
Il cervello
Un microcontrollore o un piccolo computer: legge i sensori, decide e comanda i motori, centinaia di volte al secondo.
Esempi: Arduino, ESP32, Raspberry Pi
Approfondisci: Arduino →I sensori
Gli occhi e il tatto: misurano distanza, luce, inclinazione, posizione delle ruote. Senza sensori un robot è una macchina cieca.
Esempi: Ultrasuoni, infrarossi, giroscopio, encoder, telecamera
Approfondisci: Breadboard →Gli attuatori
I muscoli: trasformano l'elettricità in movimento. Ruote, giunti di un braccio, pinze.
Esempi: Motori in continua, servomotori, motori passo-passo
Approfondisci: Il segnale PWM →L'energia
Batterie e regolatori. I motori chiedono molta corrente a strappi: vanno alimentati separati dal cervello, con la massa in comune.
Esempi: Batterie al litio, pile stilo, regolatori di tensione
Approfondisci: Multimetro →La struttura
Lo scheletro: telaio, staffe, ruote, ingranaggi. Deve essere rigido dove serve e leggero ovunque.
Esempi: Stampa 3D, alluminio, compensato tagliato al laser
Approfondisci: Stampa 3D →Il programma
La parte che non si vede: le regole che legano ciò che il robot sente a ciò che fa. È qui che un mucchio di pezzi diventa un robot.
Esempi: Arduino (C++), Python, ROS 2
Approfondisci: Laboratorio Arduino →Da dove si comincia: il percorso
Dieci passi, dal più semplice. Molti portano a pagine del sito che spiegano già quell'argomento: lì trovi il pulsante «← Torna a Robotica» per rientrare qui. Segna i passi fatti: il sito se li ricorda su questo dispositivo.
0 passi su 10
- 1. Capire com'è fatto un robot
Ogni robot, dal tagliaerba al braccio di fabbrica, ha le stesse sei parti. Toccale nel modello qui sopra.
- 2. Imparare a misurare
Tensione, corrente, resistenza, lunghezze: senza misure non si costruisce e non si ripara nulla.
Vai agli strumenti → - 3. Accendere un LED con Arduino
Il primo programma: capire pin, ingressi e uscite. Sul sito c'è un simulatore, non serve comprare niente.
Vai ad Arduino → - 4. Collegare i primi circuiti
La breadboard interattiva mostra dove passa la corrente e come si montano LED, pulsanti e sensori.
Vai alla breadboard → - 5. Guardare i segnali
Il comando di un motore è un'onda quadra (PWM). Sull'oscilloscopio si vede cosa cambia quando acceleri.
Vai all'oscilloscopio → - 6. Capire il controllo
Come fa un robot a fermarsi nel punto giusto? Con un anello di controllo. Provalo nella scheda Modelli.
- 7. Disegnare e stampare i pezzi
Telaio, staffe, pinze: si disegnano e si stampano in 3D. La guida spiega stampanti, filamenti e programmi.
Vai alla stampa 3D → - 8. Costruire il primo robot
Un rover che evita gli ostacoli: lista dei pezzi, collegamenti e programma, passo per passo.
- 9. Fare il tuo progetto
Scegli che robot vuoi: la pagina prepara pezzi, collegamenti, programma e il file da stampare.
- 10. Metterti alla prova
Un torneo o una fiera sono il modo più veloce per imparare: si vede cosa fanno gli altri.
Tre modi per partire, secondo quanto vuoi spendere
Un kit con Arduino
Una scheda, due motori con le ruote, un sensore a ultrasuoni, un portapile. È il rover del progetto guidato: si monta in un pomeriggio e si modifica per mesi.
Pezzi tuoi
Quando il kit va stretto, si disegnano telaio, staffe e pinze su misura. È il passaggio che trasforma un montaggio in un progetto.
I tipi di robot
Bracci (manipolatori)
Una catena di giunti con una mano in fondo. Saldano auto, spostano scatole, operano con il chirurgo.
Mobili su ruote
Dal robot aspirapolvere ai carrelli dei magazzini. Il problema è sapere dove sono e dove andare.
Collaborativi
Bracci leggeri che lavorano accanto alle persone: sentono un urto e si fermano.
Con le gambe e umanoidi
Quadrupedi e bipedi: vanno dove le ruote non arrivano. L'equilibrio è la parte difficile.
Droni
Robot volanti: quattro motori e un controllo che corregge l'assetto centinaia di volte al secondo.
Medici e indossabili
Protesi, esoscheletri, robot chirurgici e da riabilitazione. Ne parla la scheda .
Le materie che servono
La robotica non è una materia: è il punto dove se ne incontrano tante. Non serve saperle tutte prima di cominciare: si parte da un progetto e si studia quello che manca. Per ognuna trovi a cosa serve, da dove partire gratis e, se il sito ne parla già, il collegamento alla pagina.
Matematica
Trigonometria per gli angoli dei giunti, vettori e matrici per posizioni e rotazioni, derivate e integrali per velocità e controllo.
Fisica e meccanica
Forze, coppie, attrito, inerzia: servono per scegliere un motore che ce la faccia e un telaio che non si pieghi.
Elettronica
Legge di Ohm, transistor e ponti ad H per comandare i motori, alimentazioni, lettura dei sensori.
Programmazione
Prima C++ con Arduino, poi Python. Variabili, cicli, funzioni, e soprattutto l'abitudine a provare un pezzo alla volta.
Controlli automatici
La materia che fa di una macchina un robot: confrontare ciò che vuoi con ciò che misuri e correggere. PID, stabilità, risposta nel tempo.
Cinematica e dinamica dei robot
Dati gli angoli dei giunti, dov'è la mano? E al contrario: per arrivare lì, che angoli servono? È il cuore dei bracci robotici.
Segnali e sensori
Ogni misura è sporca di rumore: filtri, campionamento, fusione di più sensori per avere un dato affidabile.
Sistemi embedded
Programmare schede con poca memoria che devono rispondere in tempo: interrupt, timer, comunicazioni (seriale, I2C, SPI).
Disegno meccanico e CAD
Disegnare i pezzi in 3D con le misure giuste, pensando a come verranno costruiti.
Visione artificiale
Far capire a un robot cosa inquadra la telecamera: bordi, colori, oggetti, distanze.
Intelligenza artificiale
Riconoscere oggetti e voci, imparare un movimento per tentativi, pianificare un percorso.
ROS 2 e simulazione
Il «sistema operativo» dei robot veri: fa parlare tra loro sensori, motori e programmi. Con i simulatori si prova tutto prima di costruire.
Biomedica
Anatomia e segnali del corpo, per chi vuole costruire protesi, esoscheletri e robot per la medicina.
In che ordine studiarle
- Prima le mani: elettronica di base e programmazione con Arduino. Bastano per far muovere qualcosa.
- Poi il perché: matematica e fisica, man mano che il progetto le chiede (angoli, coppie, velocità).
- Poi il controllo: quando il robot «va, ma male», è il momento dei controlli automatici.
- Infine il resto: cinematica per i bracci, visione e intelligenza artificiale per i robot che devono capire dove sono, ROS 2 per i progetti grandi.
All'università queste materie si trovano nei corsi di ingegneria dell'automazione, meccatronica, informatica, elettronica e biomedica.
L'automatica, da toccare
Tre modelli semplificati dei tre problemi che ogni robot deve risolvere: fermarsi dove vuole, portare la mano in un punto, andare dritto e curvare.
Sorpasso–
Tempo per fermarsi–
Errore finale–
errore = voluto − misuratoTutto parte da qui: la differenza tra dove vuoi essere e dove sei.comando = Kp·e + Ki·∫e dt + Kd·de/dtIl PID: una parte reagisce all'errore di adesso, una a quello accumulato, una a quanto in fretta sta cambiando.Cosa fa ogni manopola. Il proporzionale spinge tanto più forte quanto più sei lontano: da solo arriva vicino ma, se c'è un peso, non arriva mai del tutto. L'integrale somma l'errore rimasto e lo cancella, ma se è troppo fa oscillare. Il derivativo frena quando ti stai avvicinando in fretta: toglie il sorpasso.
Mano, x–
Mano, y–
Raggiungibile–
Muovi i due cursori (dagli angoli alla mano: cinematica diretta) oppure tocca un punto nel disegno e il braccio ci va da solo (dalla mano agli angoli: cinematica inversa).
x = L₁·cos θ₁ + L₂·cos(θ₁+θ₂)Cinematica diretta: dati gli angoli, la posizione della mano. Ha sempre una sola risposta.cos θ₂ = (x² + y² − L₁² − L₂²) / (2·L₁·L₂)Cinematica inversa: dato il punto, gli angoli. Può avere due risposte (gomito su o giù), una, o nessuna se il punto è troppo lontano.Velocità–
Rotazione–
Raggio di curva–
v = (v destra + v sinistra) / 2La velocità del rover è la media delle due ruote.ω = (v destra − v sinistra) / distanza tra le ruoteLa rotazione nasce dalla differenza: ruote uguali, va dritto; opposte, gira sul posto.Un progetto da fare: il rover che evita gli ostacoli
Il primo robot di quasi tutti: va avanti, «vede» un muro con gli ultrasuoni, si ferma, gira e riparte. Ha tutte e sei le parti di un robot vero e si monta in un pomeriggio.
Cosa serve
- Una scheda Arduino Uno (o compatibile) con il cavo USB
- Due motorini in continua con riduttore e ruota, più una rotella libera
- Un modulo ponte ad H L298N (comanda i due motori)
- Un sensore a ultrasuoni HC-SR04
- Un portapile da 4 o 6 stilo, con interruttore
- Cavetti, e un telaio: comprato, di cartone, o stampato in 3D
Sono i pezzi dei kit «robot car» per Arduino, che si trovano già completi.
I collegamenti
| Da | A |
|---|---|
| HC-SR04 Trig | Arduino pin 9 |
| HC-SR04 Echo | Arduino pin 10 |
| HC-SR04 VCC / GND | 5V / GND |
| L298N ENA, IN1, IN2 | pin 5, 7, 8 (motore sinistro) |
| L298N IN3, IN4, ENB | pin 4, 2, 6 (motore destro) |
| Portapile + | L298N «12V» |
| Portapile − | L298N GND e GND di Arduino |
| L298N «5V» | Arduino 5V (solo senza cavo USB) |
I passi
- 1. Prova la scheda
Carica il programma «Blink»: se il LED lampeggia, scheda e computer si parlano.
Come si fa, su Arduino → - 2. Prova il sensore da solo
Collega solo l'HC-SR04 e stampa la distanza sul monitor seriale. Avvicina una mano: il numero deve scendere.
Il monitor seriale → - 3. Prova i motori da soli
Collega il ponte ad H e fai girare una ruota avanti e indietro. Se gira al contrario, scambia i due fili di quel motore.
- 4. Controlla le tensioni
Con il multimetro: le pile devono dare almeno 5–6 volt sotto sforzo, e la massa deve essere in comune.
Come si usa il multimetro → - 5. Monta il telaio
Ruote ai lati, rotella libera dietro, sensore davanti, pile in basso e al centro per non ribaltarsi.
Se lo stampi: la guida → - 6. Carica il programma completo
È qui sotto. Prima prova con le ruote sollevate.
- 7. Regola
Cambia la distanza di arresto e la velocità finché non gira bene nella tua stanza.
- 8. Miglioralo
Aggiungi un secondo sensore, un servo che fa «guardare» a destra e sinistra, oppure passa al tuo progetto.
Il programma
rover_evita_ostacoli.ino
Come ragiona. A ogni giro misura la distanza. Se è libero, avanti. Se c'è qualcosa più vicino della soglia: fermo, un po' indietro, gira, e ricomincia. È un anello «senti, decidi, agisci» nella sua forma più semplice.
Sicurezza: usa pile o una batteria con protezione; non collegare mai i motori direttamente ai pin di Arduino; stacca le pile prima di cambiare i fili.
Fai il tuo progetto
Scegli che robot vuoi e come deve comportarsi. La pagina prepara la lista dei pezzi, i collegamenti, il programma per Arduino e il file STL del telaio da stampare. Il progetto resta salvato su questo dispositivo.
Pezzi
Collegamenti
Il programma
robot.ino
Il laboratorio Arduino
Per capire ogni riga del programma: pin, cicli, lettura dei sensori, monitor seriale. Motori e ultrasuoni lì non ci sono: il programma del robot va caricato su una scheda vera.
Apri il laboratorio →SF Forma
Per staffe, supporti e pezzi su misura da aggiungere al telaio: disegni la sagoma e scarichi il file da stampare.
Apri SF Forma →La guida alla stampa 3D
Che filamento usare per un telaio (PLA va bene, PETG regge meglio gli urti), come impostare il programma di stampa, cosa fare se qualcosa va storto.
Apri la guida →Hai costruito qualcosa? Raccontalo nel forum: i progetti più belli finiscono in questa pagina.
Porta il rover sulla bandierina arancione senza toccare i muri. Componi il programma con i pulsanti, poi premi «Esegui».
Altri giochi a tema: la sala giochi dell'Ospedale e le sfide degli strumenti.
La robotica che cura
Questa pagina va insieme all'Ospedale del sito: là si provano le macchine, qui si capisce come nasce un robot. È il punto dove la robotica incontra il corpo umano, ed è il motivo per cui l'ingegneria biomedica conta: qui un errore di progetto non rompe un pezzo, tocca una persona. Servono le stesse sei parti di ogni robot, più tre cose: sicurezza dimostrata, materiali che il corpo tollera, e un modo per capire cosa vuole fare la persona.
Le protesi robotiche
Una protesi di mano moderna è un piccolo robot indossato. Il comando più diffuso è mioelettrico: due elettrodi sulla pelle del moncone leggono il segnale dei muscoli rimasti; quando la persona li contrae, la mano si chiude o si apre. È lo stesso segnale che il sito spiega nell'elettromiografo.
Capire il segnale: l'elettromiografo, in Ospedale →Le difficoltà di progetto sono tre. Il peso: una mano vera pesa circa 400 grammi, e motori, batterie e ingranaggi devono starci dentro. La presa: le dita devono adattarsi a un bicchiere come a una chiave. Il comando: con due soli segnali bisogna far fare alla mano molte cose.
Un esempio italiano è Hannes, sviluppata dal laboratorio congiunto tra l'Istituto Italiano di Tecnologia e il Centro Protesi INAIL: usa un solo motore e un meccanismo che distribuisce la forza tra le dita, così la mano si adatta da sola alla forma dell'oggetto.
La ricerca lavora su tre fronti: riconoscere il gesto voluto dal disegno di molti muscoli insieme; restituire il tatto, stimolando i nervi o la pelle; fissare la protesi direttamente all'osso, senza l'invasatura che oggi la tiene sul moncone.
Esoscheletri e riabilitazione
Un esoscheletro è un robot che si indossa: motori alle anche e alle ginocchia muovono le gambe di chi non riesce a farlo, o aiutano chi fa lavori pesanti. La parte difficile è il controllo: deve capire quando la persona vuole fare un passo e accompagnarla, senza spingerla.
In riabilitazione si usano robot che ripetono lo stesso movimento centinaia di volte, sempre uguale, misurando ogni volta forza e ampiezza. Alcuni sostengono il paziente su un tappeto e guidano le gambe nel passo; altri fanno lavorare braccio e mano dentro un videogioco. Il vantaggio per il terapista è avere numeri: quanto il paziente ha fatto da solo e quanto l'ha aiutato la macchina.
I robot in sala operatoria
Il robot chirurgico non opera da solo. Il chirurgo siede a una console, guarda un'immagine tridimensionale ingrandita e muove due impugnature; i bracci, accanto al paziente, copiano i suoi gesti con strumenti sottili che entrano da piccoli fori.
L'ingegneria aggiunge tre cose alle mani: scala i movimenti (cinque centimetri della mano diventano uno dello strumento), toglie il tremore con un filtro, e dà agli strumenti un «polso» che gira più di quello umano. Spesso lo strumento è proprio un elettrobisturi.
Provalo: il robot chirurgico, in sala operatoria → L'elettrobisturi →Altri robot guidano la fresa nelle protesi di ginocchio e anca, o tengono fermo un ago nel punto calcolato sulla TAC.
I robot nei corridoi dell'ospedale
Sono i meno visibili e i più numerosi. Carrelli autonomi portano farmaci, biancheria e pasti seguendo una mappa, prendendo gli ascensori da soli. Armadi robotizzati in farmacia preparano le dosi per ogni paziente, riducendo gli scambi. Robot a luce ultravioletta disinfettano le stanze vuote. Sistemi automatici di laboratorio spostano e analizzano migliaia di provette al giorno.
Chi li sceglie, li collauda e li tiene in efficienza è l'ingegneria clinica.
L'ingegneria clinica, in Ospedale →Perché è più difficile di un robot qualunque
- È un dispositivo medico. Prima di toccare un paziente deve dimostrare sicurezza ed efficacia, con prove e documenti previsti dal regolamento europeo.
- Deve fallire in modo sicuro. Se manca la corrente o un sensore si guasta, il robot deve fermarsi o lasciarsi muovere a mano.
- Sicurezza elettrica. Valgono le regole di tutti gli elettromedicali, spiegate in Ospedale.
- La persona al centro. Una protesi perfetta in laboratorio ma scomoda resta nel cassetto: conta quanto viene usata davvero.
Per approfondire
- Rehab Technologies, il laboratorio INAIL–IIT dove è nata Hannes ↗
- Istituto di BioRobotica, Scuola Superiore Sant'Anna ↗
- Istituto Italiano di Tecnologia ↗
- Intuitive, il produttore del robot chirurgico da Vinci ↗
- Lokomat, un robot per la riabilitazione del cammino ↗
- Science Robotics, la rivista ↗
Le novità di tecnologia medica sono raccolte nella scheda Novità dell'Ospedale. Queste pagine spiegano come funzionano le macchine: non sono consigli medici.
Tornei di robotica
Una gara dà una scadenza, un regolamento e degli avversari: tre cose che fanno finire i progetti. Quasi tutte si fanno in squadra e passano dalle scuole.
RoboCup Junior Italia
Calcio tra robot, percorsi di soccorso e spettacoli. Le selezioni italiane portano ai campionati europei e mondiali.
Sito ufficiale ↗FIRST LEGO League Italia
Ogni anno un tema nuovo: un robot di mattoncini da programmare su un campo di gara, più un progetto di ricerca. In Italia è coordinata dal Museo Civico di Rovereto.
Sito ufficiale ↗Olimpiadi di Robotica
Gara nazionale promossa dal Ministero dell'Istruzione con Scuola di Robotica: si presenta un robot che risponde a un tema.
Sito ufficiale ↗RomeCup
Gare, laboratori e incontri a Roma, organizzati dalla Fondazione Mondo Digitale dal 2007.
Sito ufficiale ↗NAO Challenge Italia
Si programma un robot umanoide per un compito utile alle persone.
Sito ufficiale ↗World Robot Olympiad
Gara mondiale con selezioni nazionali: missioni su un campo, progetti liberi e calcio tra robot.
Sito ufficiale ↗Eurobot
Robot autonomi costruiti da zero che si sfidano su un tavolo, con un regolamento che cambia ogni anno.
Sito ufficiale ↗RoboCup
Il campionato mondiale: calcio tra umanoidi, soccorso, robot di casa e di fabbrica. L'obiettivo dichiarato è battere i campioni del mondo di calcio entro il 2050.
Sito ufficiale ↗FIRST Robotics Competition
Robot grandi e pesanti costruiti in poche settimane, in squadre guidate da ingegneri volontari.
Sito ufficiale ↗Zero Robotics
Si scrive il programma di piccoli satelliti-robot: le finali si giocano sulla Stazione Spaziale.
Sito ufficiale ↗Fiere e conferenze
Maker Faire Rome
La fiera europea degli inventori: robot fatti in casa, scuole, università e aziende nello stesso posto.
Sito ufficiale ↗SPS Italia
L'automazione di fabbrica: robot industriali, sensori, motori e i programmi che li comandano.
Sito ufficiale ↗Automatica
La fiera di riferimento in Europa per robotica e automazione. Si tiene ogni due anni.
Sito ufficiale ↗A&T
Robotica, misure e prove, con molte dimostrazioni dal vivo.
Sito ufficiale ↗MECSPE
La manifattura italiana: macchine, robot collaborativi, stampa 3D industriale.
Sito ufficiale ↗Hannover Messe
La più grande fiera industriale del mondo.
Sito ufficiale ↗ICRA e IROS
Le due grandi conferenze scientifiche della robotica: è lì che si presentano le novità della ricerca.
Sito ufficiale ↗European Robotics Forum
L'incontro della comunità europea: ricerca, aziende e istituzioni.
Sito ufficiale ↗Date e regolamenti cambiano ogni anno: prima di iscriverti o di prenotare un viaggio controlla sempre il sito ufficiale. Tutte le fiere di tecnologia, con il promemoria da mettere in calendario, sono nella pagina Eventi.
Notizie che si aggiornano da sole
Novità dalla robotica
Robot nuovi, ricerca, gare e industria: i titoli dai siti che seguono la robotica.
Dal blog di Sandro
Sandro FeudoL’hacking non è come nei film: si entra dalle piccole coseLeggi l'articolo →Sandro FeudoStacca, stacca: il mistero di Hackerino e della rivista DecoderLeggi l'articolo →Sandro FeudoNeuralink, a che punto siamo davvero: cosa funziona e cosa è ancora una promessaLeggi l'articolo →
Dal mondo
Cerco le ultime notizie…
Qui trovi solo i titoli: toccandone uno si apre l'articolo sul sito che l'ha scritto. Fonti: i giornali raccolti da Google News, IEEE Spectrum, The Robot Report, Robohub. L'elenco si aggiorna da solo circa ogni venti minuti; i filtri scelgono dalle parole del titolo, quindi ogni tanto qualcosa può finire nel posto sbagliato.
Dimmi la tua
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La robotica è una delle mie passioni. Dimmi cosa ti serve: la faccio crescere partendo da qui.