Radionica HackerBoxes Robotics: 22 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:09

Radionica HackerBoxes Robotics dizajnirana je da pruži vrlo izazovan, ali ugodan uvod u DIY robotske sisteme, ali i hobističku elektroniku općenito. Radionica robotike osmišljena je tako da učesnike izloži ovim važnim temama i ciljevima učenja:

• Roboti koji hodaju
• Zupčasti sklopovi za koordinaciju kretanja
• Lemljenje elektronskih projekata
• Shematski dijagrami
• Optički senzori za autonomno upravljanje i navigaciju
• Analogni upravljački krugovi zatvorene petlje
• Arduino programiranje
• NodeMCU ugrađeni RISC procesori
• Wi-Fi u ugrađenim procesorskim sistemima
• IoT kontrola pomoću Blyk platforme
• Ožičenje i kalibracija servo motora
• Složena robotska montaža i integracija upravljanja

HackerBoxes je mjesečna pretplatnička usluga za DIY elektroniku i računarsku tehnologiju. Mi smo tvorci, hobisti i eksperimentatori. Ako želite kupiti HackerBoxes radionicu ili primati HackerBoxes pretplatničku kutiju za sjajne elektroničke projekte svaki mjesec poštom, posjetite nas na stranici HackerBoxes.com i pridružite se revoluciji.

Projekti u HackerBox radionicama, kao ni oni u mjesečnoj pretplati na HackerBoxe nisu baš za početnike. Oni općenito zahtijevaju prethodno izlaganje DIY elektronike, osnovne vještine lemljenja i udobnost u radu s mikrokontrolerima, računarskim platformama, funkcijama operativnog sistema, bibliotekama funkcija i jednostavnim programskim kodiranjem. Koristimo i sve tipične alate za hobiste za izgradnju, otklanjanje grešaka i testiranje elektroničkih projekata "uradi sam".

Hakirajte planetu!

Korak 1: Sadržaj radionice

• RoboSpider Kit
• Komplet robotskih autonomnih linija
• Arduino Robotic Arm Wi-Fi kontroler
• MeArm komplet robotskih armatura
• Zakrpa za postignuća u oblasti robotike

Dodatne stavke koje mogu biti od pomoći:

• Sedam AA baterija
• Osnovni alati za lemljenje
• Računalo za pokretanje Arduino IDE -a

Vrlo važna dodatna stavka koja će nam trebati je pravi osjećaj avanture, DIY duh i znatiželja hakera. Započinjanje bilo koje avanture kao stvaralac i kreator može biti uzbudljiv izazov. Konkretno, ova vrsta hobi elektronike nije uvijek laka, ali kad ustrajete i uživate u avanturi, veliko zadovoljstvo može biti rezultat ustrajnosti i shvaćanja svega!

Korak 2: RoboSpider

Izgradite vlastiti RoboSpider s ovim kompletom robota. Sadrži osam nogu s više zglobova koji dupliciraju hodanje pravih pauka. Pregledajte dijelove kompleta kako biste provjerili 71 ovdje prikazan komad. Možete li pogoditi za šta se svaki komad koristi u okviru RoboSpider dizajna?

Korak 3: RoboSpider - ožičenje

Prvo ožičite motor i kućište baterije za RoboSpider. Žice se jednostavno mogu uviti na priključke baterije kako je prikazano u uputama. Međutim, ako želite, žice se mogu i PAŽLJIVO zalemiti.

Korak 4: RoboSpider - mehanički sklop

Za svaki par nogu formira se vrlo zanimljiv sklop zupčanika. Svaki RoboSpider ima četiri takva sklopa od po dvije noge za koordinaciju kretanja osam zasebnih paukovih nogu. Obratite pažnju na to kako je pričvršćen uređaj za pomoć pri poravnanju zupčanika.

Ostatak RoboSpidera može se sastaviti kako je prikazano u uputama. Koju vrstu dinamike hodanja pokazuje ovaj RoboSpider?

Korak 5: Spremimo se na lemljenje

Lemljenje je postupak u kojem se dva ili više metalnih predmeta (često žica ili žica) spajaju taljenjem dodatnog metala zvanog lemljenje u spoj između metalnih predmeta. Dostupne su različite vrste alata za lemljenje. Početnička radionica HackerBoxes uključuje lijep skup osnovnih alata za lemljenje male elektronike:

• Lemilica
• Savjeti za zamjenu
• Stalak za lemilicu
• Sredstvo za čišćenje lemilica
• Solder
• Desoldering Wick

Ako ste tek počeli sa lemljenjem, na internetu postoji mnogo sjajnih vodiča i video zapisa o lemljenju. Evo jednog primjera. Ako mislite da vam je potrebna dodatna pomoć, pokušajte pronaći lokalnu grupu proizvođača ili prostor za hakere u vašem području. Takođe, radio -amaterski klubovi uvijek su odlični izvori iskustva u elektronici.

Prilikom lemljenja nosite zaštitne naočare

Također ćete htjeti imati malo izopropilnog alkohola i briseve za čišćenje smećkastih ostataka fluksa ostavljenih na lemnim spojevima. Ako se ostavi na mjestu, ovaj ostatak će na kraju nagrizati metal unutar spoja.

Konačno, možda biste htjeli pogledati strip "Lemljenje je jednostavno" od Mitcha Altmana.

Korak 6: Robot koji prati liniju

Robot koji prati liniju (poznat i kao praćenje traka) može pratiti debelu crnu liniju iscrtanu na bijeloj površini. Linija bi trebala biti debljine oko 15 mm.

Korak 7: Robot koji prati liniju - shema i komponente

Ovdje su prikazani dijelovi linije koja slijedi robota, kao i shematski dijagram. Pokušajte identificirati sve dijelove. Dok pregledavate donju teoriju operacija, provjerite možete li shvatiti svrhu svakog od dijelova i možda čak i zašto su njihove vrijednosti tako određene. Pokušaj „obrnutog inženjeringa“postojećih kola odličan je način da naučite kako sami dizajnirati.

Teorija rada:

Sa svake strane linije, LED (D4 i D5) se koristi za projiciranje svjetlosne mrlje na donju površinu. Ove donje LED diode imaju jasne leće koje tvore usmjereni svjetlosni snop za razliku od difuznog snopa. Ovisno o površini ispod LED -a koja je bijela ili crna, različita količina svjetla će se reflektirati natrag u odgovarajući fotootpornik (D13 i D14). Crne cijevi oko fotootpornika pomažu fokusirati reflektiranu moć izravno u senzor. Signali fotootpornika uspoređuju se u čipu LM393 kako bi se utvrdilo treba li robot nastaviti ravno ili ga treba okrenuti. Imajte na umu da dva komparatora u LM393 imaju iste ulazne signale, ali su signali suprotno orijentirani.

Okretanje robota postiže se uključivanjem istosmjernog motora (M1 ili M2) s vanjske strane zavoja, dok motor ostavljate prema unutrašnjosti skretanja u isključenom stanju. Motori se uključuju i isključuju pomoću pogonskih tranzistora (Q1 i Q2). Crvene LED diode na vrhu (D1 i D2) pokazuju nam koji se motor uključuje u bilo kojem trenutku. Ovaj upravljački mehanizam primjer je zatvorene petlje i pruža brzo prilagodljivo usmjeravanje za ažuriranje putanje robota na vrlo jednostavan, ali učinkovit način.

Korak 8: Robot koji prati liniju - otpornici

Otpornik je pasivna električna komponenta sa dva priključka koja implementira električni otpor kao element kola. U elektroničkim krugovima, otpornici se koriste za smanjenje protoka struje, podešavanje nivoa signala, podjelu napona, pristranost aktivnih elemenata i prekid dalekovoda, između ostalih upotreba. Otpornici su uobičajeni elementi električnih mreža i elektroničkih kola i prisutni su u elektroničkoj opremi.

Komplet robota koji slijedi uključuje četiri različite vrijednosti aksijalnih elektroda, otpornika kroz rupe koji imaju trake označene bojom kako je prikazano:

• 10 ohma: smeđa, crna, crna, zlatna
• 51 ohm: zelena, smeđa, crna, zlatna
• 1K ohm: smeđa, crna, crna, smeđa
• 3.3K ohm: narandžasta, narandžasta, crna, smeđa

Otpornike treba umetnuti s vrha tiskane ploče (PCB) kao što je prikazano, a zatim lemiti s donje strane. Naravno, moraju biti umetnute ispravne vrijednosti otpornika, one se ne mogu zamijeniti. Međutim, otpornici nisu polarizirani i mogu se umetnuti u bilo kojem smjeru.

Korak 9: Robot koji prati liniju - preostale komponente

Ostali elementi kola, kao što je prikazano ovdje, mogu se umetnuti s vrha PCB -a i zalemiti ispod njih, baš kao i otpornici.

Imajte na umu da su četiri komponente senzora svjetla zapravo umetnute sa dna PCB -a. Dugi vijak umetnut je između komponenti svjetlosnog senzora i čvrsto pričvršćen otvorenom maticom. Zatim se matica sa zaobljenim poklopcem može postaviti na kraj vijka kao glatki klizač.

Za razliku od otpornika, nekoliko drugih komponenti je polarizirano:

Tranzistori imaju ravnu i polukružnu stranu. Kad se umetnu u tiskanu ploču, provjerite odgovaraju li bijelim oznakama sitotiska na tiskanoj ploči.

LED diode imaju duži i kraći provodnik. Dugi provodnik treba uskladiti s + polom kako je naznačeno na sitotisku.

Elektrolitički kondenzatori u obliku limenke imaju negativni terminalni indikator (obično bijelu traku) koji se spušta niz jednu stranu limenke. Prednost s te strane je negativna prednost, a druga pozitivna. Oni se moraju umetnuti u tiskanu ploču prema indikatorima pinova na sitotisku.

8-pinski čip, utičnica i PCB svileni sito za njihovo umetanje imaju polukružni indikator na jednom kraju. Oni moraju biti poredani za sve tri. Utičnicu treba zalemiti u štampanu ploču, a čip ne treba umetati u utičnicu dok se lemljenje ne završi i ohladi. Iako se čip može direktno lemiti u PCB, pri tome morate biti vrlo brzi i oprezni. Preporučujemo korištenje utičnice kad god je to moguće.

Korak 10: Robot koji prati liniju - baterija

Tanki, gornji sloj dvostrane trake može se odlijepiti kako bi se pričvrstila baterija. Elektrode se mogu napajati preko PCB -a i lemiti ispod. Višak žice može biti koristan za lemljenje motora.

Korak 11: Robot koji prati liniju - Motori

Kablovi za motore mogu se lemiti na podloge sa donje strane PCB -a, kao što je prikazano. Nakon što su vodiči lemljeni, tanki, gornji sloj dvostrane trake može se ukloniti kako bi se motori pričvrstili na PCB.

Korak 12: Robot koji prati liniju - pazite

Robota koji slijedi užitak je gledati. Umetnite nekoliko AA baterija i pustite da se razdere.

Ako je potrebno, potenciometri trimera mogu se podesiti da poboljšaju otkrivanje rubova robota.

Ako postoje neki drugi problemi "ponašanja" s robotom, također je korisno provjeriti poravnanje četiri komponente osjetnika s donje strane, a posebno crne cijevi oko fotootpornika.

Na kraju, svakako koristite svježe baterije. Primijetili smo nestabilne performanse kada se baterija isprazni.

Korak 13: Robotska ruka iz MeArma

MeArm Robot Arm je razvijen kao najpristupačniji svjetski alat za učenje i najmanja, najhladnija robotska ruka. MeArm dolazi kao komplet ravnih robotskih ruku koji sadrži laserski izrezane akrilne ploče i mikro servo pogone. Možete ga izgraditi samo odvijačem i entuzijazmom. Web stranica Lifehacker opisala ga je kao "Savršen Arduino projekt za početnike". MeArm je odličan dizajn i zabavan, ali definitivno može biti malo nezgodno pri sastavljanju. Ne žurite i budite strpljivi. Pokušajte nikada ne forsirati servo motore. To bi moglo oštetiti male plastične zupčanike unutar serva.

MeArm-om u ovoj radionici upravlja se iz aplikacije za pametni telefon ili tablet pomoću NodeMCU Wi-Fi modula prilagođenog razvojnoj platformi Arduino. Ovaj novi upravljački mehanizam prilično se razlikuje od originalne ploče "mozga" o kojoj se govori u dokumentaciji MeArm, stoga svakako slijedite upute za kontroler koje su ovdje predstavljene, a ne one u originalnoj dokumentaciji kompanije MeArm. Mehanički detalji u vezi sastavljanja MeArm akrilnih komponenti i servo motora ostaju isti.

Korak 14: Robotski Arm Wi -Fi kontroler - Pripremite Arduino za NodeMCU

NodeMCU je platforma otvorenog koda zasnovana na čipu ESP8266. Ovaj čip uključuje 32-bitni RISC procesor koji radi na 80 MHz, Wi-Fi (IEEE 802.11 b/g/n), RAM memoriju, Flash memoriju i 16 I/O pinova.

Naš hardver kontrolera zasnovan je na ovdje prikazanom modulu ESP-12 koji uključuje čip ESP8266 zajedno sa uključenom podrškom za Wi-Fi mrežu.

Arduino je elektronička platforma otvorenog koda zasnovana na hardveru i softveru koji se lako koristi. Namijenjen je svima koji izrađuju interaktivne projekte. Dok platforma Arduino općenito koristi mikrokontroler Atmel AVR, može biti adapter za rad s drugim mikrokontrolerima, uključujući naš ESP8266.

Za početak morate provjeriti imate li na računaru instaliran Arduino IDE. Ako nemate instaliran IDE, možete ga besplatno preuzeti (www.arduino.cc).

Takođe će vam biti potrebni upravljački programi za operativni sistem (OS) vašeg računara za pristup odgovarajućem serijskom-USB čipu na modulu NodeMCU koji koristite. Trenutno većina NodeMCU modula uključuje serijski-USB čip CH340. Proizvođač čipova CH340 (WCH.cn) ima dostupne upravljačke programe za sve popularne operativne sisteme. Najbolje je koristiti stranicu prevedenu Googleom za njihovu web lokaciju.

Nakon što instaliramo Arduino IDE i instaliramo upravljačke programe OS -a za čip USB sučelja, moramo proširiti Ardino IDE za rad sa čipom ESP8266. Pokrenite IDE, idite u postavke i locirajte polje za unos "Dodatni URL -ovi upravitelja ploče"

Da biste instalirali Upravitelj ploče za ESP8266, zalijepite ovaj URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Nakon instalacije zatvorite IDE i ponovo ga pokrenite.

Sada povežite NodeMCU modul sa računarom pomoću microUSB kabla.

Odaberite vrstu ploče unutar Arduino IDE -a kao NodeMCU 1.0

Evo uputstava koja prolaze kroz postupak postavljanja za Arduino NodeMCU koristeći neke različite primjere aplikacija. Ovdje je pomalo skretanje s cilja, ali bi moglo biti korisno potražiti drugo gledište ako zaglavite.

Korak 15: Wi -Fi kontroler robotske ruke - hakirajte svoj prvi program NodeMCU

Kad god povežemo novi komad hardvera ili instaliramo novi softverski alat, volimo se uvjeriti da radi pokušavajući nešto vrlo jednostavno. Programeri ovo često nazivaju "hello world" programom. Za ugrađeni hardver (ono što mi ovdje radimo) "hello world" obično treperi LED (dioda koja emitira svjetlost).

Srećom, NodeMCU ima ugrađenu LED lampicu koju možemo treptati. Također, Arduino IDE ima primjer programa za treperenje LED dioda.

Unutar Arduino IDE -a otvorite primjer zvan blink. Ako pomno proučite ovaj kôd, možete vidjeti da se naizmjenično okreće pin 13 visoko i nisko. Na originalnim Arduino pločama, korisnička LED dioda je na pinu 13. Međutim, LED NodeMCU je na pinu 16. Tako da možemo urediti program blink.ino da promijenimo svaku referencu u pin 13 na pin 16. Tada možemo kompajlirati program i učitajte ga u NodeMCU modul. Ovo može potrajati nekoliko pokušaja i može zahtijevati provjeru USB upravljačkog programa i dvostruku provjeru postavki ploče i priključka u IDE -u. Ne žurite i budite strpljivi.

Nakon što se program ispravno učita, IDE će reći "upload je završen" i LED će početi treptati. Pogledajte što se događa ako promijenite dužinu funkcije delay () unutar programa, a zatim je ponovo učitate. Jeste li očekivali? Ako je tako, hakirali ste svoj prvi ugrađeni kôd. Čestitamo!

Korak 16: Wi -Fi kontroler robotske ruke - Primjer softverskog koda

Blynk (www.blynk.cc) je platforma koja uključuje iOS i Android aplikacije za kontrolu Arduina, Raspberry Pi i drugog hardvera putem Interneta. To je digitalna nadzorna ploča na kojoj možete izgraditi grafičko sučelje za svoj projekt jednostavnim povlačenjem i ispuštanjem widgeta. Vrlo je jednostavno sve postaviti i odmah ćete početi petljati. Blynk će vas spojiti na internet i pripremiti za Internet vaših stvari.

Pogledajte web lokaciju Blynk i slijedite upute za postavljanje Arduino Blynk biblioteke.

Uzmite Armino program ArmBlynkMCU.ino koji se nalazi ovdje. Primijetit ćete da ima tri niza koje je potrebno inicijalizirati. Za sada ih možete zanemariti i samo provjerite možete li kompajlirati i učitati kôd takav kakav je u NodeMCU. Ovaj će vam program trebati učitati na NodeMCU za sljedeći korak kalibracije servo motora.

Korak 17: Wi -Fi kontroler robotske ruke - kalibracija servo motora

Ploča štitnika motora ESP-12E podržava direktno priključivanje NodeMCU modula. Pažljivo poravnajte i umetnite NodeMCU modul u ploču štita motora. Priključite i četiri servo motora na štit kao što je prikazano. Imajte na umu da su konektori polarizirani i da moraju biti orijentirani kako je prikazano.

NodeMCU kôd koji je učitan u posljednjem koraku inicijalizira servosisteme u njihov položaj kalibracije kako je ovdje prikazano i razmatrano u dokumentaciji MeArm. Postavljanje servo krakova u ispravnoj orijentaciji dok su servo upravljači postavljeni u položaj za kalibraciju osigurava da se za svaki od četiri servo servera konfigurira odgovarajuća početna točka, krajnja točka i raspon kretanja.

O korištenju baterije s NodeMCU i MeArm servo motorima:

Kablovi akumulatora trebaju biti spojeni na ulazne stezaljke akumulatora. Na štitniku motora nalazi se plastično dugme za napajanje koje aktivira ulaz baterije. Sićušni plastični kratkospojnički blok koristi se za usmjeravanje napajanja do NodeMCU -a iz štita motora. Bez instaliranog kratkospojnog bloka, NodeMCU se može napajati putem USB kabela. Sa instaliranim kratkospojnim blokom (kao što je prikazano), napajanje baterije se usmjerava na NodeMCU modul.

Korak 18: Korisničko sučelje robotske ruke - integrirajte se s Blynkom

Sada možemo konfigurirati aplikaciju Blynk za upravljanje servo motorima.

Instalirajte aplikaciju Blyk na svoj iOS ili Android mobilni uređaj (pametni telefon ili tablet računar). Nakon instalacije postavite novi Blynk projekt s četiri klizača kako je prikazano za upravljanje s četiri servo motora. Zabilježite Blynk autorizacijski token generiran za vaš novi Blynk projekt. Možete ga poslati e -poštom radi lakšeg lijepljenja.

Uredite ArmBlynkMCU.ino Arduino program tako da ispuni tri niza:

• Wi-Fi SSID (za vašu Wi-Fi pristupnu tačku)
• Lozinka za Wi-Fi (za vašu Wi-Fi pristupnu tačku)
• Blynk autorizacijski token (iz vašeg Blynk projekta)

Sada sastavite i učitajte ažurirani kod koji sadrži tri niza.

Provjerite možete li premjestiti četiri servo motora preko Wi-Fi-ja pomoću klizača na svom mobilnom uređaju.

Korak 19: Robotska ruka - mehanički sklop

Sada možemo nastaviti s mehaničkim sastavljanjem MeArma. Kao što je ranije napomenuto, ovo može biti malo zeznuto. Ne žurite i budite strpljivi. Pokušajte ne forsirati servo motore.

Upamtite da ovaj MeArm kontrolira NodeMCU Wi-Fi modul koji se prilično razlikuje od originalne ploče "mozga" o kojoj se govori u dokumentaciji MeArm. Slijedite upute za kontroler koje su ovdje predstavljene, a ne one u originalnoj dokumentaciji kompanije MeArm.

Kompletni detalji o mehaničkom sastavljanju mogu se pronaći na ovoj web stranici. Označeni su kao Build Guide za MeArm v1.0.

Korak 20: Mrežni resursi za proučavanje robotike

Sve je veći broj internetskih tečajeva robotike, knjiga i drugih resursa …

• Stanfordski kurs: Uvod u robotiku
• Columbia Kurs: Robotika
• MIT kurs: Nederaktuirana robotika
• WikiBook Robotics
• Robotika CourseWare
• Učenje računarstva s robotima
• Robotika demistifikovana
• Robotski mehanizmi
• Matematička robotska manipulacija
• Obrazovni roboti s Lego NXT -om
• LEGO obrazovanje
• Robotika za rezanje rubova
• Ugrađena robotika
• Autonomni mobilni roboti
• Roboti za penjanje i hodanje
• Roboti za penjanje i hodanje Nove aplikacije
• Humanoidni roboti
• Robot Arms
• Robotski manipulatori
• Napredak u robotskim manipulatorima
• AI Robotics

Istraživanjem ovih i drugih resursa neprestano ćete proširivati svoje znanje o svijetu robotike.

Korak 21: Zakrpa o postizanju robotike

Čestitamo! Ako ste uložili sve napore u ove robotičke projekte i unaprijedili svoje znanje, trebali biste s ponosom nositi priloženu zakrpu za postignuća. Neka svijet zna da ste majstor servo motora i senzora.

Korak 22: Hakirajte planetu

Nadamo se da uživate u HackerBoxes radionici robotike. Ova i druge radionice mogu se kupiti u internetskoj trgovini na adresi HackerBoxes.com, gdje se možete pretplatiti i na mjesečnu pretplatničku kutiju za HackerBoxes i svakog mjeseca isporučivati sjajne projekte direktno u vaše poštansko sanduče.

Podijelite svoj uspjeh u komentarima ispod i/ili na Facebook grupi HackerBoxes. Svakako nas obavijestite ako imate pitanja ili trebate pomoć oko bilo čega. Hvala vam što ste bili dio HackerBoxes avanture. Napravimo nešto sjajno!