Robot za balansiranje / Robot na 3 kotača / STEM robot: 8 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Izgradili smo kombiniranog balansirajućeg robota sa 3 kotača za obrazovne programe u školama i posliješkolskim obrazovnim programima. Robot se temelji na Arduino Uno, prilagođenom štitu (svi detalji o konstrukciji navedeni), Li -Ion bateriji (svi detalji o konstrukciji navedeni) ili 6xAA bateriji, MPU 6050, BLE bluetooth modulu, ultrazvučnom modulu (opcionalno) i servo za pomicanje ruke. Na raspolaganju je i opsežan obrazovni materijal spreman za upotrebu u učionicama.

U priloženom dokumentu nalaze se upute djeci za izradu robota u nizu koraka koji pružaju obrazovno učenje u svakom koraku. Ovo je dokument koji se daje školama i programima nakon škole.

Postoji 7 vježbi koje se mogu izvesti prije nego što se učita skica potpunog balansiranja / skica robota na 3 kotača. Svaka od vježbi fokusira se na određeni aspekt robota, npr. akcelerometar/žiroskopski senzor, u interakciji s aplikacijom za pametni telefon pomoću Bluetootha, ultazvučni senzor, servo itd. Vježbe su integrirane u fizičku konstrukciju robota, pa kada je dovoljno robota izgrađeno za izvođenje vježbe, skica za vježbu se može učitati i uraditi. To pomaže koncentrirati zabavu izgradnje robota na obrazovno učenje.

Odlučeno je da se koristi Arduino Uno jer je izuzetno uobičajen i koristi se u mnogim obrazovnim postavkama. Osim štita, koristili smo i standardne module koji su dostupni. Šasija je 3D štampana, a dizajn dostupan na TinkerCAD -u.

Također smo otkrili da ovaj robot pomaže nadahnuti i pružiti povjerenje djeci da razmišljaju o izgradnji vlastitih kreacija i da to nije teško učiniti.

Sve skice su dobro komentirane, a napredniji studenti mogu izmijeniti ili napisati vlastite skice. Robot može formirati opću platformu za učenje o Arduinu i elektronici.

Robot također radi s aplikacijom "LOFI Blocks" (https://lofiblocks.com/en/), tako da djeca mogu pisati vlastiti kod u grafičkom okruženju sličnom SCRATCH -u.

Imajte na umu da gornji video prikazuje model marke 1, robot sada koristi Bluetooth aplikaciju RemoteXY (koja je dostupna i za Andriod i za Apple uređaje), MPU 6050 se sada nalazi na štitniku robota (ne u klizaču pri dnu robot - iako ga i dalje možete pronaći tamo ako želite) i ima opcionalni ultrazvučni senzor koji se može uključiti u štit.

Zahvalnice:

(1) kut nagiba i PID kontrola zasnovani su na softveru kompanije Brokking:

(2) RemoteXY aplikacija:

(3) LOFI Blokovi i aplikacija LOFI Robot:

(4) oružje zasnovano na jjrobotima:

(5) sve skice su pohranjene na Arduino Create:

(6) 3D dizajni pohranjeni su na TinkerCAD -u:

Odricanje od odgovornosti: Ovaj materijal se isporučuje takav kakav jeste, bez garancije o ispravnosti ili na neki drugi način ovog materijala. Korištenje iPhone i Android aplikacija trećih strana navedenih u ovom dokumentu je na vlastitu odgovornost korisnika. Robot može koristiti litij -ionsku bateriju, upotreba baterije i napajanja su na vlastitu odgovornost korisnika. Autori ne preuzimaju nikakvu odgovornost za gubitke koje je pretrpjela bilo koja osoba ili organizacija koja koristi ovaj materijal ili zbog izgradnje ili korištenja robota.

Korak 1: Lista dijelova

Da biste robota napravili od nule, potrebno je mnogo koraka i trebat će vam dosta vremena i brige. Trebat će vam 3D pisač i biti ćete dobri u lemljenju i izgradnji elektroničkih krugova.

Za izradu robota potrebni su sljedeći dijelovi:

(1) 3D ispis kućišta i produžetka kotača

(2) Arduino Uno

(3) Izgradite štit robota

(4) MPU 6050, AT9 BLE Bluetooth modul, opcionalni ultrazvučni modul (svi se priključuju u štit)

(5) SG90 servo

(6) TT motori i kotači

(7) Napravite paket napajanja (ili 6xAA bateriju ili Li -Ion bateriju)

U priloženoj datoteci objašnjeno je kako nabaviti i izgraditi sve dijelove osim Li Ion napajanja i robotskog štita, koji su obrađeni u sljedećim koracima.

Korak 2: Robot Shield

Dizajn PCB -a za štit robota izveden je u Fritzingu, u prilogu je Fritzing datoteka ako želite izmijeniti dizajn.

U prilogu su i gerber datoteke za PCB štita, te datoteke možete poslati proizvođaču PCB -a kako bi on izradio štit.

Na primjer, sljedeći proizvođači mogu napraviti 10 x PCB ploča za oko 5 USD + poštarina:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

U prilogu je i dokument o izradi štita.

Korak 3: Paket napajanja

Za robota možete izgraditi ili bateriju od 6xAA ili Li-Ion bateriju. Upute za oboje su u prilogu.

AA bateriju je mnogo lakše konstruirati. Međutim, baterije traju samo oko 20/30 minuta prije nego što ih je potrebno zamijeniti. Također se servo ne može koristiti s AA baterijom pa nema pokretne ruke.

Li -Ion baterija može se puniti i traje približno 60 plus minuta između punjenja (ovisno o kapacitetu upotrijebljene baterije). Međutim, Li -Ion bateriju je teže izgraditi i koristi Li -Ion bateriju, s Li -Ion baterijama treba rukovati pažljivo.

Li -Ion baterija uključuje zaštitni krug koji štiti bateriju od prekomjernog i preopterećenja i ograničava maksimalnu struju na 4 ampera. Takođe koristi Li -Ion modul za punjenje.

Mogli biste koristiti bilo koju Li -Ion bateriju koja ima izlaz od približno 7,2 volti, ali morate spojiti kabel s odgovarajućim utikačem za oklop robota.

Javite mi ako imate dobar alternativni agregat. Razlog zašto sam izradio ovaj Li Ion paket je taj što koristi jednu Li Ion ćeliju što znači da je relativno mali i može se puniti sa bilo kojeg mikro USB punjača ili s bilo kojeg USB priključka uključujući računalo. Li -Ion napajanja Vidio sam da oko 7,2 volti koriste 2 ćelije i zahtijevaju poseban punjač, što povećava cijenu i nije tako zgodno za punjenje.

Ako se odlučite za izradu Li -Ion baterije (ili koristite bilo koju Li -Ion bateriju), trebali biste biti svjesni sigurnosnih problema s takvim baterijama, npr.

Korak 4: Robotske vježbe i skice

Nakon što nabavite sve dijelove, dok konstruirate robota, možete raditi vježbe programiranja usput ako želite. Ove vježbe zajedno s objašnjenjima dostupne su na Arduino Create - linkovi u nastavku vode vas na Arduino Create vježbe - tada možete otvoriti i spremiti vježbu u svoju prijavu za Arduino Create.

Da biste otpremili skice na robota, pobrinite se da vaš telefon nije povezan s robotom putem Bluetootha - Bluetooth veza sprječava učitavanje. Iako općenito nije potreban, pin za Bluetooth modul je 123456.

Vježbe 3, 5 i 7 koriste aplikaciju za pametne telefone "LOFI robot" (ili aplikaciju "BLE joystick" - iako ova aplikacija ne radi uvijek s Apple uređajima).

Vježbe 8 (potpuna skica robota) koriste aplikaciju „RemoteXY“za pametni telefon za upravljanje robotom.

Skica LOFI blokovi koristi aplikaciju "LOFI blokovi". (imajte na umu da ova aplikacija najbolje radi na Apple uređajima).

Kada učitate vježbu u Arduino Create, osim arduino skice, postoji niz drugih kartica koje pružaju informacije o vježbi.

Vježba 1: Osnove Arduina - zatreperi LED diode na kontrolnom štitu robota crvenom i zelenom bojom. Ovu vježbu možete izvesti nakon koraka (3) u izgradnji.

create.arduino.cc/editor/murcha/77bd0da8-1…

Vježba 2: Žiroskopski senzor - upoznavanje sa žiroskopima i mjeračima ubrzanja. Ovu vježbu možete izvesti nakon koraka (4) u izgradnji. Morate koristiti “Serial Monitor”, sa brzinom prijenosa postavljenom na 115200.

create.arduino.cc/editor/murcha/46c50801-7…

Vježba 3: Bluetooth veza - uspostavite Bluetooth vezu, pomoću aplikacije za pametni telefon uključite i isključite LED diode na kontrolnom štitniku robota. Ovu vježbu možete izvesti nakon koraka (5) u izgradnji.

create.arduino.cc/editor/murcha/236d8c63-a…

Vježba 4: Ultrazvučni senzor udaljenosti (opcionalno) - upoznavanje s ultrazvučnim senzorom. Ovu vježbu možete izvesti nakon koraka (5) u izgradnji. Morate koristiti “Serial Monitor”, sa brzinom prijenosa postavljenom na 115200.

create.arduino.cc/editor/murcha/96e51fb2-6…

Vježba 5: Servo-mehanizam-upoznajte se sa servo mehanizmom i pomičite ruku, pomoću aplikacije za pametni telefon kontrolirajte kut servo ruke. Ovu vježbu možete izvesti nakon koraka (8) u izgradnji. Morate koristiti “Serial Monitor”, sa brzinom prijenosa postavljenom na 115200.

create.arduino.cc/editor/murcha/ffcfe01e-c…

Vježba 6: Pogonski motori - upoznajte se s motorima, pokrećite pogonske motore naprijed i natrag. Potrebno je uključiti bateriju. Morate koristiti “Serial Monitor”, sa brzinom prijenosa postavljenom na 115200.

create.arduino.cc/editor/murcha/617cf6fc-1…

Vježba 7: Osnovni automobil - napravite jednostavan automobil na tri kotača (robot s priključkom za 3. kotač), za upravljanje automobilom koristimo aplikaciju za pametne telefone. Također koristi ultrazvučni senzor za praćenje vaše ruke. To možete učiniti na istoj točki u konstrukciji kao gore. Potrebno je uključiti bateriju i umetnuti dodatak za 3. točak.

create.arduino.cc/editor/murcha/8556c057-a…

Vježba 8: Robot za potpuno balansiranje - kôd za potpunog balansiranja / robota na tri kotača. Za upravljanje robotom koristite aplikaciju za pametni telefon “RemoteXY”.

create.arduino.cc/editor/murcha/c0c055b6-d…

Skica LOFI blokova - za korištenje aplikacije "LOFI blokovi" otpremite ovu skicu u robota. Zatim možete programirati robota pomoću aplikacije "LOFI Blocks" koja koristi programske blokove slične SCRATCH.

create.arduino.cc/editor/murcha/b2e6d9ce-2…

Vježba 9: Robot za praćenje linija. Moguće je dodati dva senzora za praćenje linija i koristiti ultrazvučni utikač za povezivanje senzora za praćenje linija s robotom. Napomena, senzori su spojeni na digitalne pinove D2 i D8.

create.arduino.cc/editor/murcha/093021f1-1…

Vježba 10: Bluetooth kontrola. Korištenje Bluetootha i aplikacije za telefon (RemoteXY) za upravljanje LED-icama robota i servo-mehanizmom. U ovoj vježbi studenti uče o Bluetooth-u, kako koristiti aplikaciju za telefon za kontrolu stvarnih stvari i uče o LED-ima i servo-mehanizmima.

create.arduino.cc/editor/murcha/c0d17e13-9…

Korak 5: Uravnoteženje matematike robota i programske strukture

Priložena datoteka daje pregled matematičke i softverske strukture balansirajućeg dijela robota.

Matematika iza robota za balansiranje je jednostavnija i zanimljivija nego što mislite.

Za naprednije učenike moguće je povezati balansiranog robota matematiku sa studijima matematike i fizike koje rade u srednjoj školi.

U matematici robot se može koristiti za pokazivanje primjene trigometrije, diferencijacije i integracije u stvarnom svijetu. Kôd pokazuje kako računari numerički izračunavaju razlikovanje i integraciju i otkrili smo da studenti dublje razumiju ove koncepte.

U Physcisu akcelerometri i žiroskopi pružaju uvid u zakone kretanja i praktično razumijevanje stvari kao što su zašto su mjerenja akcelerometra bučna i kako ublažiti takva ograničenja u stvarnom svijetu.

Ovo razumijevanje može dovesti do daljnjih rasprava, na primjer, PID kontrole i intuitivnog razumijevanja algoritama upravljanja povratnom spregom.

Moguće je inkorporirati izgradnju ovog robota u školski program, ili zajedno sa programom nakon škole, od učenika osnovnih do srednjih škola.

Korak 6: Dodatak za video kameru

Napravili smo video kameru na bazi malina PI koja se može pričvrstiti na produžetak kotača na robotu. Koristi WiFi za prijenos streaming video prijenosa u web preglednik.

Koristi odvojeno napajanje robota i samostalan je modul.

Datoteka sadrži detalje o izradi.

Alternativno, druge samostalne video streaming kamere, poput Quelime SQ13, mogle bi se priključiti na produžetak kotača, npr.:

Korak 7: Upotreba motora N20 umjesto TT motora

Moguće je koristiti motor N20 umjesto motora TT.

Robot radi lakše i ide mnogo brže s motorom N20.

Motori N20 koje sam koristio su motori N20 3V, 250 o / min, npr.

www.aliexpress.com/item/N20-DC-GEAR-MOTOR-…

Motori N20 nisu toliko robusni i ne traju toliko dugo, možda 5-10 sati korištenja.

Motor N20 zahtijeva 3D ispis nosača motora N20, a tu je i umetak za kotač koji omogućuje kotač motora TT da odgovara aksijalnoj osovini motora N20.

Nosači motora N20 mogu se pronaći pretraživanjem "balrobot" u galeriji tinkerCAD.