Vyvažovací robot / 3 -kolesový robot / robot STEM: 8 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Postavili sme kombinovaného vyvažovacieho a trojkolesového robota na školské použitie a školské a mimoškolské vzdelávacie programy. Základom robota je Arduino Uno, vlastný štít (všetky konštrukčné detaily sú k dispozícii), batéria Li Ion (všetky konštrukčné detaily sú k dispozícii) alebo batéria 6xAA, MPU 6050, modul BLE bluetooth a ultrazvukový modul (voliteľné)) a servo na pohyb ramena. K dispozícii je tiež rozsiahly vzdelávací materiál pripravený na použitie v triedach.

V priloženom dokumente sú uvedené pokyny pre deti, aby postavili robota v sérii krokov, ktoré v každom kroku poskytujú vzdelávacie vzdelávanie. Toto je dokument poskytovaný školám a programom po skončení školy.

K dispozícii je 7 cvičení, ktoré je možné vykonať pred nahraním úplného náčrtu balaningu / 3 kolies. Každé z cvičení sa zameriava na konkrétny aspekt robota, napr. senzor accerometra/gyroskopu, interagujúci s aplikáciou pre chytrý telefón pomocou bluetooth, ultasonický senzor, servo atď. Cvičenia sú integrované do fyzickej konštrukcie robota, takže keď bolo skonštruovaného dostatok robota na cvičenie, skicu na cvičenie je možné nahrať a urobiť. Pomáha to zamerať zábavu pri stavaní robota na vzdelávacie vzdelávanie.

Rozhodlo sa použiť Arduino Uno, pretože je to veľmi bežné a používa sa v mnohých vzdelávacích prostrediach. Tiež sme použili, okrem štítu, štandardné štandardné moduly, ktoré sú ľahko dostupné. Šasi je vytlačené 3D a dizajn je k dispozícii na TinkerCAD.

Tiež sme zistili, že tento robot pomáha deťom inšpirovať a poskytnúť im dôveru v premýšľanie o stavaní vlastných výtvorov a že to nie je ťažké urobiť.

Všetky skice sú dobre komentované a pokročilejší študenti si môžu upraviť alebo napísať svoje vlastné skice. Robot môže tvoriť všeobecnú platformu pre učenie sa o Arduine a elektronike.

Robot pracuje aj s aplikáciou „Bloky LOFI“(https://lofiblocks.com/en/), takže deti tam môžu napísať vlastný kód v grafickom prostredí podobnom SCRATCH.

Všimnite si vyššie uvedeného videa, kde je uvedený model Mark 1, robot teraz používa aplikáciu bluetooth RemoteXY (ktorá je k dispozícii pre zariadenia Andriod aj Apple), MPU 6050 sa teraz nachádza na kryte robota (nie v posúvači v spodnej časti robot - aj keď ho tam môžete nájsť, ak si prajete) a má voliteľný ultrazvukový senzor, ktorý je možné zapojiť do štítu.

Poďakovanie:

(1) uhol sklonu a ovládanie PID je založené na softvéri spoločnosti Brokking:

(2) Aplikácia RemoteXY:

(3) Aplikácia LOFI Blocks a LOFI Robot:

(4) zbrane založené na jjrobots:

(5) všetky náčrty sú uložené na Arduino Create:

(6) 3D návrhy sú uložené na TinkerCAD:

Vylúčenie zodpovednosti: Tento materiál je poskytovaný tak, ako je, bez záruky správnosti alebo inak tohto materiálu. Používanie aplikácií iPhone a Android tretích strán uvedených v tomto dokumente je na vlastné riziko používateľov. Robot môže používať lítium -iónovú batériu, používanie batérie a napájacieho zdroja je na vlastné riziko užívateľa. Autori nepreberajú žiadnu zodpovednosť za straty, ktoré utrpela akákoľvek osoba alebo organizácia používajúca tento materiál alebo stavbu alebo používanie robota.

Krok 1: Zoznam dielov

Aby bola robota od nuly, existuje veľa krokov a bude to vyžadovať veľa času a starostlivosti. Budete potrebovať 3D tlačiareň a budete dobrí v spájkovaní a konštrukcii elektronických obvodov.

Na výrobu robota sú potrebné tieto diely:

(1) 3D tlač rozšírenia chasis a kolieska

(2) Arduino Uno

(3) Postavte štít robota

(4) MPU 6050, modul AT9 BLE Bluetooth, voliteľný ultrazvukový modul (všetky zapojené do štítu)

(5) Servo SG90

(6) Motory a kolesá TT

(7) Zostavte batériu (buď batériu 6xAA, alebo batériu Li -Ion)

Priložený súbor vysvetľuje, ako získať a zostrojiť všetky diely okrem napájacieho zdroja Li Ion a krytu robota, ktoré sú popísané v ďalších krokoch.

Krok 2: Robotický štít

Dizajn PCB pre štít robota sa vykonáva vo Fritzing, v prípade, že chcete zmeniť dizajn, je priložený súbor Fritzing.

Tiež sú priložené súbory Gerber pre PCB štítu, tieto súbory môžete odoslať výrobcovi PCB, ktorý im štít vyrobí.

Nasledujúci výrobcovia môžu napríklad vyrobiť 10 x dosky plošných spojov za približne 5 dolárov + poštovné:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

Priložený je aj dokument o vytvorení štítu.

Krok 3: Power Pack

Pre robota môžete postaviť buď batériu 6xAA, alebo batériu Li Ion. Pokyny k obom sú priložené.

Zostavenie batérie AA je oveľa jednoduchšie. Batérie však vydržia približne 20/30 minút, kým ich bude potrebné vymeniť. Servo tiež nie je možné používať s batériou AA, takže neexistuje žiadne pohyblivé rameno.

Batériu Li Ion je možné nabíjať a medzi nabitiami trvá približne 60 plus minút (v závislosti od kapacity použitej batérie). Li -Ion akumulátor je však ťažšie postaviť a používa Li -Ion akumulátor, s Li Ion akumulátormi je potrebné zaobchádzať opatrne.

Batéria Li Ion obsahuje ochranný obvod, ktorý chráni batériu pred prebíjaním a vybíjaním a obmedzuje maximálny prúd na 4 ampéry. Využíva tiež nabíjací modul Li Ion.

Môžete použiť akúkoľvek batériu Li Ion s výstupom približne 7,2 voltov, ale budete musieť vytvoriť kábel s príslušnou zástrčkou štítu robota.

Dajte mi vedieť, či máte dobrý alternatívny napájací zdroj. Dôvod, prečo som zostavil toto Li Ion balenie, je ten, že používa jeden Li Ion článok, čo znamená, že je relatívne malý a dá sa nabíjať z akejkoľvek nabíjačky micro USB alebo z akéhokoľvek portu USB vrátane počítača. Li Ion akumulátory, ktoré som videl okolo 7,2 voltov, používajú 2 články a vyžadujú špeciálnu nabíjačku, ktorá zvyšuje náklady a nie je také pohodlné nabíjať.

Ak sa rozhodnete zostrojiť batériu Li Ion (alebo použijete akúkoľvek batériu Li Ion), mali by ste si byť vedomí bezpečnostných problémov s týmito batériami, napr.

Krok 4: Robotické cvičenia a náčrty

Keď získate všetky súčasti, pri stavbe robota môžete podľa potreby vykonávať cvičné cvičenia. Tieto cvičenia spolu s vysvetleniami sú k dispozícii na Arduino Create - nižšie uvedené odkazy vás prevedú na cvičenia Arduino Create - cvičenie potom môžete otvoriť a uložiť vo svojom prihlásení do Arduino Create.

Ak chcete do robota nahrávať náčrty, uistite sa, že váš telefón nie je k robotovi pripojený prostredníctvom rozhrania Bluetooth - pripojenie Bluetooth zabraňuje odoslaniu. Aj keď to spravidla nie je potrebné, pin pre modul Bluetooth je 123456.

Cvičenia 3, 5 a 7 používajú aplikáciu pre chytrý telefón „LOFI robot“(alebo aplikáciu „BLE joystick“- aj keď táto aplikácia nie vždy funguje so zariadeniami Apple).

Cvičenia 8 (úplný náčrt robota) používa na ovládanie robota aplikáciu pre chytré telefóny „RemoteXY“.

Skica LOFI Blocks používa aplikáciu „LOFI Blocks“. (všimnite si, že táto aplikácia funguje najlepšie na zariadeniach Apple).

Keď do Arduino Create načítate cvičenie, okrem arduino skice existuje aj niekoľko ďalších záložiek, ktoré poskytujú informácie o cvičení.

Cvičenie 1: Základy Arduina - blikajte LED diódy na riadiacom štíte robota červenou a zelenou farbou. Toto cvičenie môžete vykonať po kroku (3) v konštrukcii.

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

Cvičenie 2: Gyro senzor - zoznámenie sa s gryom a akcelerometrom. Toto cvičenie môžete vykonať po kroku (4) v konštrukcii. Musíte použiť „sériový monitor“s prenosovou rýchlosťou nastavenou na 115 200.

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

Cvičenie 3: Bluetooth Link - vytvorte Bluetooth prepojenie, pomocou aplikácie pre chytrý telefón zapnite a vypnite LED diódy na ovládacom štíte robota. Toto cvičenie môžete vykonať po kroku (5) v konštrukcii.

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

Cvičenie 4: Ultrazvukový snímač vzdialenosti (voliteľné) - zoznámenie sa s ultrazvukovým senzorom. Toto cvičenie môžete vykonať po kroku (5) v konštrukcii. Musíte použiť „sériový monitor“s prenosovou rýchlosťou nastavenou na 115 200.

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

Cvičenie 5: Servomechanizmus-zoznámenie sa so servomechanizmom a pohybom ramena, pomocou aplikácie pre chytrý telefón ovládať uhol ramena serva. Toto cvičenie môžete vykonať po kroku (8) v konštrukcii. Musíte použiť „sériový monitor“s prenosovou rýchlosťou nastavenou na 115 200.

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

Cvičenie 6: Hnacie motory - zoznámenie sa s motormi, spustite hnacie motory dopredu a dozadu. Vyžaduje zapnutie batérie. Musíte použiť „sériový monitor“s prenosovou rýchlosťou nastavenou na 115 200.

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

Cvičenie 7: Základné auto - postavte jednoduché trojkolesové auto (robot s uchytením na 3. koleso), na ovládanie auta používame aplikáciu pre chytrý telefón. Tiež používa ultrazvukový senzor na sledovanie vašej ruky. Môžete to urobiť v rovnakom bode konštrukcie ako vyššie. Potrebuje zapnúť batériu a vložiť nástavec tretieho kolesa.

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

Cvičenie 8: Plne vyvažovací robot - kód pre plne vyvažovacie / trojkolesový robot. Na ovládanie robota použite aplikáciu pre smartfóny „RemoteXY“.

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

Skica LOFI Blocks - ak chcete použiť aplikáciu „LOFI Blocks“, nahrajte túto skicu do robota. Potom môžete robota naprogramovať pomocou aplikácie „LOFI Blocks“, ktorá používa programovacie bloky podobné programu SCRATCH.

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

Cvičenie 9: Robot na sledovanie linky. Je možné pridať dva snímače sledovania linky a pomocou ultrazvukového konektora pripojiť snímače sledovania linky k robotovi. Senzory sú pripojené k digitálnym kolíkom D2 a D8.

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

Cvičenie 10: Ovládanie Bluetooth. Použitie Bluetooth a aplikácie pre telefón (RemoteXY) na ovládanie diód LED robota a servomechanizmu. V tomto cvičení sa študenti dozvedia o Bluetooth, ako používať aplikáciu v telefóne na ovládanie vecí v skutočnom svete a dozvedia sa o diódach LED a servomechanizmoch.

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

Krok 5: Vyváženie matematiky robota a štruktúry programu

Priložený súbor poskytuje prehľad o matematickej a softvérovej štruktúre vyvažovacej časti robota.

Matematika za vyvažovacím robotom je jednoduchšia a zaujímavejšia, ako by ste si mohli myslieť.

Pre pokročilejších študentov je možné prepojenie vyvažovacej robotickej matematiky s matematikou a fyzikou, ktoré robia na strednej škole.

V matematike môže robot ukázať, ako sa trigometria, diferenciácia a integrácia uplatňujú v reálnom svete. Kód ukazuje, ako sú počítače počítačom počítané s diferenciáciou a integráciou, a zistili sme, že študenti lepšie porozumejú týmto pojmom.

Akcelerometre a gyroskopy vo fyzike poskytujú pohľad na pohybové zákony a praktické pochopenie vecí, ako napríklad prečo sú merania akcelerometra hlučné a ako zmierniť také obmedzenia v skutočnom svete.

Toto porozumenie môže viesť k ďalším diskusiám, napríklad o riadení PID a intuitívnom porozumení algoritmov riadenia spätnej väzby.

Budovu tohto robota je možné začleniť do školských osnov alebo v spojení s programom po škole od základných až po stredoškolských študentov.

Krok 6: Príslušenstvo kamery na streamovanie videa

Vytvorili sme malinovú videokameru založenú na PI, ktorú je možné pripevniť k predĺženiu kolieska robota. Používa WiFi na prenos streamovaného videa do webového prehliadača.

Využíva samostatné napájanie robota a je to samostatný modul.

Súbor poskytuje podrobné informácie o značke.

Alternatívne je možné k predĺženiu kolieska pripojiť ďalšie samostatné kamery na streamovanie videa, ako napríklad Quelima SQ13, napr.:

Krok 7: Používanie motorov N20 namiesto motorov TT

Namiesto motora TT je možné použiť motor N20.

Robot beží plynulejšie a s motorom N20 ide oveľa rýchlejšie.

Motory N20, ktoré som použil, sú 3 N, 250 ot./min., Motory N20, napr.

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

Motory N20 nie sú také robustné a nevydržia tak dlho, možno 5-10 hodín používania.

Motor N20 vyžaduje, aby ste 3D tlač držiakov motora N20 vytlačili, a je tam vloženie kolesa, ktoré umožňuje, aby sa koleso motora TT zmestilo na axiálny hriadeľ motora N20.

Držiaky motora N20 nájdete vyhľadaním výrazu „balrobot“v galérii tinkerCAD.

Krok 8: