Radionica HackerBoxes Robotics: 22 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

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

• Roboti koji hodaju
• Zupčasti sklopovi za koordinaciju kretanja
• Lemljenje elektroničkih 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 sustavima
• IoT kontrola pomoću Blyk platforme
• Ožičenje i kalibriranje servo motora
• Složena robotska montaža i integracija upravljanja

HackerBoxes je mjesečna pretplatnička usluga za DIY elektroniku i računalnu tehnologiju. Mi smo tvorci, hobisti i eksperimentatori. Ako želite kupiti HackerBoxes radionicu ili primati HackerBoxes pretplatničku kutiju za izvrsne 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 HackerBoxes nisu baš za početnike. Općenito zahtijevaju prethodno izlaganje DIY elektronike, osnovne vještine lemljenja i udobnost u radu s mikrokontrolerima, računalnim platformama, značajkama operacijskog sustava, knjižnicama funkcija i jednostavnim programskim kodiranjem. Također koristimo sve tipične alate za hobiste za izgradnju, otklanjanje pogrešaka i testiranje elektroničkih projekata "uradi sam".

Hakirajte planet!

Korak 1: Sadržaj radionice

• RoboSpider komplet
• Komplet robota za autonomnu liniju
• Arduino Robotski 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 hakerska znatiželja. 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, upornost i shvaćanje svega može izazvati veliko zadovoljstvo!

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 što se svaki komad koristi u RoboSpider dizajnu?

Korak 3: RoboSpider - ožičenje

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

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 pozornost na to kako je pričvršćeno tijelo 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 olova) 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 lemljenje
• Čistač vrhova lemilice
• Lem
• Otpakirajući Wick

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

Tijekom lemljenja nosite zaštitne naočale

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 slijedi 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 slijedi robota - sheme i komponente

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

Teorija rada:

Sa svake strane linije, LED (D4 i D5) koristi se za projiciranje svjetlosne mrlje na donju površinu. Ove donje LED diode imaju jasne leće koje tvore usmjereni svjetlosni snop za razliku od raspršenog snopa. Ovisno o tome je li ispod LED površine bijela ili crna, različita količina svjetla reflektirat će se 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 naprijed ili ga treba okrenuti. Imajte na umu da dva usporednika 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 zavoja 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 je motor uključen u bilo kojem trenutku. Ovaj upravljački mehanizam primjer je zatvorene petlje i pruža brzo prilagodljivo navođenje za ažuriranje putanje robota na vrlo jednostavan, ali učinkovit način.

Korak 8: Robot koji slijedi liniju - otpornici

Otpornik je pasivna električna komponenta s dva priključka koja provodi električni otpor kao element kruga. U elektroničkim krugovima, otpornici se koriste za smanjenje protoka struje, podešavanje razine signala, podjelu napona, pristranost aktivnih elemenata i prekid dalekovoda, između ostalih upotreba. Otpornici su uobičajeni elementi električnih mreža i elektroničkih krugova te su sveprisutni u elektroničkoj opremi.

Komplet robota koji slijedi uključuje četiri različite vrijednosti otpornika s aksijalnim olovom, kroz otvore, 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: narančasta, narančasta, crna, smeđa

Otpornike je potrebno umetnuti s vrha tiskane ploče (PCB) kao što je prikazano, a zatim lemiti s donje strane. Naravno, ispravna vrijednost otpornika mora biti umetnuta, nisu zamjenjive. Međutim, otpornici nisu polarizirani i mogu se umetnuti u bilo kojem smjeru.

Korak 9: Robot koji slijedi robota - preostale komponente

Ostali elementi kruga, 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 s 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 vod. Dugi vod 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 igala na sitotisku.

8-pinski čip, njegova utičnica i sito sito od PCB-a za njihovo umetanje, svi imaju polukružni indikator na jednom kraju. Oni se moraju poredati za sve tri. Utičnicu treba zalemiti u tiskanu ploču, a čip ne smije biti umetnut u utičnicu sve dok lemljenje nije dovršeno i ohlađeno. Iako se čip može izravno 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. Kablovi se mogu napajati putem PCB -a i zalemiti ispod. Višak žice može biti koristan za lemljenje motora.

Korak 11: Robot koji slijedi liniju - Motori

Vodiči za motore mogu se lemiti na podloge s 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 tiskanu ploču.

Korak 12: Robot koji slijedi robota - pazite

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

Ako je potrebno, potenciometri trimera mogu se podesiti kako bi se poboljšalo 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 fotootpora.

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

Korak 13: Robotska ruka iz MeArma

MeArm Robot Arm razvijen je 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 izvrstan dizajn i zabavan, ali definitivno može biti malo nezgodno sastaviti. Uzmite si vremena i budite strpljivi. Pokušajte nikada ne forsirati servo motore. Time se mogu oštetiti sitni plastični zupčanici 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 mehanizam upravljanja prilično se razlikuje od izvorne ploče "mozgova" o kojoj se govori u dokumentaciji MeArm, stoga svakako slijedite upute za kontroler koje su ovdje predstavljene, a ne one u izvornoj dokumentaciji tvrtke 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 temelji se na ovdje prikazanom modulu ESP-12 koji uključuje čip ESP8266 zajedno s uključenom podrškom za Wi-Fi mrežu.

Arduino je elektronička platforma otvorenog koda koja se temelji 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 računalu instaliran Arduino IDE. Ako nemate instaliran IDE, možete ga besplatno preuzeti (www.arduino.cc).

Također će vam trebati upravljački programi za operacijski sustav (OS) vašeg računala 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 operacijske sustave. Najbolje je da za njihovu stranicu upotrijebite prevedenu Google stranicu.

Nakon što instaliramo Arduino IDE i instaliramo upravljačke programe OS -a za čip USB sučelja, moramo proširiti Ardino IDE za rad s 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, a zatim ga ponovno pokrenite.

Sada povežite NodeMCU modul s računalom pomoću microUSB kabela.

Odaberite vrstu ploče unutar Arduino IDE -a kao NodeMCU 1.0

Ovdje je uputstvo koje prolazi kroz postupak postavljanja za Arduino NodeMCU koristeći neke različite primjere aplikacija. Ovdje je pomalo zalutalo od cilja, no moglo bi biti korisno potražiti drugo gledište ako zaglavite.

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

Kad god spojimo novi komad hardvera ili instaliramo novi softverski alat, volimo se uvjeriti da radi pokušavajući nešto vrlo jednostavno. Programeri to 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 diodu 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 tako da svaku referencu promijenimo u pin 13 na pin 16. Tada možemo sastaviti program i učitati ga u NodeMCU modul. To može potrajati nekoliko pokušaja i može zahtijevati provjeru USB upravljačkog programa i dvostruku provjeru postavki ploče i priključka u IDE -u. Uzmite si vremena i budite strpljivi.

Nakon što program ispravno prenese IDE će reći "upload je dovršen" i LED će početi treptati. Pogledajte što se događa ako promijenite duljinu 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 mjesto Blynk i slijedite upute za postavljanje Arduino Blynk knjižnice.

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 sastaviti i učitati kôd takav kakav je u NodeMCU. Ovaj će vam program trebati učitati na NodeMCU za sljedeći korak kalibracije servo motora.

Korak 17: Robotski ručni Wi -Fi kontroler - kalibriranje servo motora

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

Kôd NodeMCU koji je učitan u posljednjem koraku inicijalizira servosisteme u njihov položaj kalibracije kako je ovdje prikazano i razmatrano u dokumentaciji MeArm. Pričvršćivanje 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 servo motorima NodeMCU i MeArm:

Kablovi akumulatora trebaju biti ožičeni na ulazne stezaljke akumulatora. Na štitu motora nalazi se plastična tipka za uključivanje za aktiviranje ulaza napajanja iz baterije. Sićušni plastični kratkospojni blok koristi se za usmjeravanje napajanja do NodeMCU -a iz štita motora. Bez instaliranog kratkospojnog bloka, NodeMCU se može napajati putem USB kabela. S instaliranim kratkospojnim blokom (kao što je prikazano), napajanje baterije usmjerava se na modul NodeMCU.

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 računalo). Nakon instalacije postavite novi Blynk projekt s četiri klizača kako je prikazano za upravljanje s četiri servo motora. Obratite pažnju na token autorizacije Blynk koji je 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 točku)
• Lozinka za Wi-Fi (za vašu Wi-Fi pristupnu točku)
• Blynk autorizacijski token (iz vašeg Blynk projekta)

Sada sastavite i prenesite 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. Uzmite si vremena i budite strpljivi. Pokušajte ne forsirati servo motore.

Upamtite da ovim MeArmom upravlja NodeMCU Wi-Fi modul koji se prilično razlikuje od izvorne ploče "mozgova" o kojoj se govori u dokumentaciji MeArm. Slijedite upute za kontroler navedene ovdje, a ne one u izvornoj dokumentaciji tvrtke MeArm.

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

Korak 20: Mrežni izvori za proučavanje robotike

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

• Stanfordski tečaj: Uvod u robotiku
• Tečaj Columbia: Robotika
• Tečaj MIT -a: Nederkturirana robotika
• Wikiknjiga robotike
• Robotika CourseWare
• Učenje računarstva s robotima
• Robotika demistificirana
• 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
• Robotsko oružje
• Robotski manipulatori
• Napredak u robotskim manipulatorima
• AI robotika

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, s ponosom biste trebali nositi priloženu zakrpu za postignuća. Neka svijet zna da ste majstor servo motora i senzora.

Korak 22: Hakirajte planet

Nadamo se da uživate u HackerBoxes Robotics Workshopu. Ova i druge radionice mogu se kupiti u internetskoj trgovini na adresi HackerBoxes.com, gdje se također možete pretplatiti na pretplatničku kutiju za mjesečne HackerBoxe i svakog mjeseca isporučivati sjajne projekte izravno u vaš poštanski sandučić.

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!