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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Izgradili smo kombiniranog robota za balansiranje i 3 kotača za obrazovnu uporabu u školama i posliješkolskim obrazovnim programima. Robot se temelji na Arduino Uno, prilagođenom štitu (navedeni su svi građevinski detalji), 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 privitku su upute dane 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 izgrađeno dovoljno robota za izvođenje vježbe, skica za vježbu može se učitati i napraviti. To pomaže usredotočiti zabavu izgradnje robota na obrazovno učenje.

Odlučeno je koristiti Arduino Uno jer je iznimno čest i koristi se u mnogim obrazovnim postavkama. Osim štita, također smo koristili standardne module koji su dostupni. Šasija je 3D ispisana, 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 činiti 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 kôd u grafičkom okruženju slično SCRATCH -u.

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

Zahvalnice:

(1) kut nagiba i PID kontrola temelje se na softveru tvrtke Brokking:

(2) Aplikacija RemoteXY:

(3) LOFI Blokovi i aplikacija LOFI Robot:

(4) oružje na temelju jjrobota:

(5) sve skice su pohranjene na Arduino Create:

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

Odricanje od odgovornosti: Ovaj materijal je dat takav kakav jest, bez jamstva za ispravnost 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 od izgradnje ili korištenja robota.

Korak 1: Popis dijelova

Za izradu robota od nule potrebno je mnogo koraka i trebat će vam dosta vremena i brige. Trebat će vam 3D pisač i dobro ćete lemiti i graditi elektronička kola.

Dijelovi potrebni za izradu robota su:

(1) 3D ispis kućišta i proširenja kotača

(2) Arduino Uno

(3) Izgradite štit robota

(4) MPU 6050, AT9 BLE Bluetooth modul, dodatni 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 tiskane ploče za štit robota izveden je u Fritzingu, u prilogu je datoteka Fritzing ako želite izmijeniti dizajn.

U prilogu su i gerber datoteke za PCB štita, te datoteke možete poslati proizvođaču PCB -a za izradu štita.

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

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

U prilogu je i dokument o izradi štita.

Korak 3: Power Pack

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

Komplet AA baterija mnogo je 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. Također koristi Li -Ion modul za punjenje.

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

Javite mi imate li dobar alternativni paket napajanja. Razlog zašto sam izradio ovo Li Ion pakiranje 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 Vidjela sam da oko 7,2 V koristi 2 ćelije i zahtijevaju poseban punjač, što povećava cijenu i nije tako prikladno 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 ste sakupili sve dijelove, dok konstruirate robota, možete raditi vježbe programiranja usput ako želite. Ove vježbe zajedno s objašnjenjima dostupne su na Arduino Create - donje veze vode vas na Arduino Create vježbe - tada možete otvoriti i spremiti vježbu u svoju prijavu za Arduino Create.

Za prijenos skica na robota provjerite nije li vaš telefon 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 diodama 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 "Serijski monitor", s 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 upravljačkom štitu robota. Ovu vježbu možete izvesti nakon koraka (5) u izgradnji.

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

Vježba 4: Ultrazvučni senzor udaljenosti (izborno) - upoznavanje s ultrazvučnim senzorom. Ovu vježbu možete izvesti nakon koraka (5) u izgradnji. Morate koristiti "Serijski monitor", s 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 kraka. Ovu vježbu možete izvesti nakon koraka (8) u izgradnji. Morate koristiti "Serijski monitor", s 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 "Serijski monitor", s brzinom prijenosa postavljenom na 115200.

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

Vježba 7: Osnovni automobil - izgradite 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 konstrukcije kao gore. Potrebno je uključiti bateriju i umetnuti nastavak za 3. kotač.

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

Vježba 8: Robot za potpuno balansiranje - kôd za robota s punim balansom / tri kotača. Za upravljanje robotom koristite aplikaciju za pametni telefon "RemoteXY".

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

Skica blokova LOFI - za korištenje aplikacije "LOFI blokovi" prenesite 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 upotrijebiti 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 Bluetoothu, kako koristiti aplikaciju za telefon za upravljanje stvarima u stvarnom svijetu te o LED diodama 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 koja stoji iza balansirajućeg robota jednostavnija je i zanimljivija nego što mislite.

Za naprednije učenike moguće je povezati balansiranog robotskog matematičara sa studijima matematike i fizike koje izvode u srednjoj školi.

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

U Physcisu mjerači ubrzanja 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 uklopiti izgradnju ovog robota u školski kurikulum, ili zajedno s programom nakon škole, od učenika osnovnih do srednjih škola.

Korak 6: Pribor za kameru za video streaming

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

Koristi odvojeno napajanje robota i samostalan je modul.

Datoteka sadrži pojedinosti o izradi.

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

Korak 7: Korištenje 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.