Workshop robotiky HackerBoxes: 22 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

Workshop HackerBoxes Robotics Workshop bol navrhnutý tak, aby poskytol veľmi náročný, ale zábavný úvod do robotických systémov pre domácich majstrov a tiež do elektroniky pre fanúšikov všeobecne. Workshop robotiky je navrhnutý tak, aby účastníka zoznámil s týmito dôležitými témami a učebnými cieľmi:

• Kráčajúci roboti
• Prevodové zostavy na koordináciu pohybu
• Spájkovanie elektronických projektov
• Schematické schémy zapojenia
• Optické senzory pre autonómne riadenie a navigáciu
• Analógové riadiace obvody s uzavretou slučkou
• Programovanie Arduino
• Vstavané RISC procesory NodeMCU
• Wi-Fi vo vstavaných procesorových systémoch
• Ovládanie internetu vecí pomocou platformy Blyk
• Elektroinštalácia a kalibrácia servomotorov
• Komplexná robotická montáž a integrácia riadenia

HackerBoxes je služba mesačného predplatného pre elektroniku a počítačovú technológiu pre domácich majstrov. Sme výrobcovia, nadšenci a experimentátori. Ak si chcete kúpiť dielňu HackerBoxes alebo každý mesiac poštou dostávať prekvapujúce predplatné balíka skvelých elektronických projektov HackerBoxes, navštívte nás na HackerBoxes.com a pripojte sa k revolúcii.

Projekty v dielňach HackerBox, ako aj tie v mesačnom predplatnom HackerBoxes nie sú práve pre začiatočníkov. Spravidla vyžadujú určité predchádzajúce vystavenie elektroniky, základné spájkovacie schopnosti a pohodlie pri práci s mikrokontrolérmi, počítačovými platformami, funkciami operačného systému, knižnicami funkcií a jednoduchým kódovaním programov. Používame tiež všetky typické nástroje pre domácich majstrov na stavbu, ladenie a testovanie elektronických projektov pre domácich majstrov.

Hacknite planétu!

Krok 1: Obsah workshopu

• Súprava RoboSpider
• Robotická súprava na sledovanie autonómnej línie
• Ovládač Wi-Fi s robotickým ramenom Arduino
• Súprava robotickej ruky MeArm
• Oprava úspechu robotiky

Ďalšie položky, ktoré môžu byť užitočné:

• Sedem batérií AA
• Základné spájkovacie nástroje
• Počítač na spustenie IDE Arduino

Veľmi dôležitou ďalšou položkou, ktorú budeme potrebovať, je skutočný zmysel pre dobrodružstvo, kutilského ducha a hackerskú zvedavosť. Začať akékoľvek dobrodružstvo ako tvorca a tvorca môže byť vzrušujúca výzva. Najmä tento druh hobby elektroniky nie je vždy ľahký, ale keď vytrváte a užívate si dobrodružstvo, veľká vytrvalosť a vytrvalosť môžu byť výsledkom veľkej spokojnosti!

Krok 2: RoboSpider

Zostavte si svojho vlastného RoboSpidera s touto robotickou súpravou. Je vybavený ôsmimi nohami s niekoľkými kĺbmi, ktoré kopírujú pohyb skutočných pavúkov. Prezrite si diely súpravy a overte 71 zobrazených dielov. Uhádnete, na čo sa každý kus používa v rámci dizajnu RoboSpider?

Krok 3: RoboSpider - zapojenie

Najprv zapojte kryt motora a batérie pre RoboSpider. Vodiče je možné jednoducho skrútiť na svorky batérie, ako je uvedené v pokynoch. Ak si to želáte, vodiče môžu byť tiež POZORNE spájkované.

Krok 4: RoboSpider - mechanická montáž

Pre každý pár nôh je vytvorená veľmi zaujímavá prevodová sústava. Každý RoboSpider má štyri také zostavy po dvoch nohách, aby koordinoval pohyb ôsmich samostatných pavúčích nôh. Všimnite si, ako je k dispozícii prípravok na pomoc pri zarovnaní prevodových stupňov.

Zostávajúcu časť RoboSpider je možné zostaviť podľa pokynov. Aký typ dynamiky chôdze vykazuje tento RoboSpider?

Krok 5: Pripravme sa na spájkovanie

Spájkovanie je proces, pri ktorom sú dva alebo viac kovových predmetov (často drôtov alebo vodičov) spojených dohromady roztavením výplňového kovu nazývaného spájka do spoja medzi kovovými predmetmi. Sú ľahko dostupné rôzne druhy spájkovacích nástrojov. HackerBoxes Starter Workship obsahuje peknú sadu základných nástrojov na spájkovanie drobnej elektroniky:

• Spájkovačka
• Tipy na výmenu
• Stojan na spájkovačku
• Čistič hrotov spájkovačky
• Spájka
• Odpájací knôt

Ak s spájkovaním začínate, na internete je o spájkovaní veľa skvelých sprievodcov a videí. Tu je jeden príklad. Ak máte pocit, že potrebujete ďalšiu pomoc, pokúste sa nájsť miestnu skupinu tvorcov alebo hackerský priestor vo vašej oblasti. Amatérske rádiokluby sú tiež vždy vynikajúcim zdrojom skúseností s elektronikou.

Pri spájkovaní noste ochranné okuliare

Tiež budete chcieť nechať na svojich spájkovacích spojoch trochu izopropylalkoholu a tampóny na čistenie zvyškov hnedastého taviva. Ak zostane na mieste, tieto zvyšky nakoniec korodujú kov v spojení.

Nakoniec by ste sa mohli pozrieť na komiksovú knihu „Spájkovanie je ľahké“od Mitcha Altmana.

Krok 6: Riadok za robotom

Robot sledujúci čiaru (alias Line Tracing) dokáže sledovať hrubú čiernu čiaru nakreslenú na bielom povrchu. Linka by mala byť hrubá asi 15 mm.

Krok 7: Robot sledujúci riadok - schéma a komponenty

Tu sú zobrazené diely robota nasledujúceho za robotom a schematický diagram zapojenia. Skúste identifikovať všetky diely. Pri skúmaní nižšie uvedenej teórie operácií zistite, či dokážete zistiť účel každej z týchto častí a možno aj dôvod, prečo boli ich hodnoty tak špecifikované. Pokúsiť sa „spätne analyzovať“existujúce obvody je úžasný spôsob, ako sa naučiť navrhovať vlastné.

Teória prevádzky:

Na každej strane linky je LED (D4 a D5) použitá na premietanie svetelného bodu na povrch nižšie. Tieto spodné diódy LED majú číre šošovky, ktoré vytvárajú smerovaný svetelný lúč na rozdiel od rozptýleného lúča. V závislosti od toho, či je povrch pod diódou LED biely alebo čierny, sa rôzne množstvo svetla odrazí späť do zodpovedajúceho fotorezistora (D13 a D14). Čierna trubica okolo fotorezistora pomáha sústrediť odrazenú silu priamo do snímača. Signály fotorezistora sa porovnávajú v čipe LM393, aby sa určilo, či má robot pokračovať rovno alebo by mal byť otočený. Všimnite si toho, že dva komparátory v LM393 majú rovnaké vstupné signály, ale signály sú orientované opačne.

Otáčanie robota sa dosiahne zapnutím DC motora (M1 alebo M2) na vonkajšej strane zákruty, pričom motor necháte smerom dovnútra zákruty vo vypnutom stave. Motory sa zapínajú a vypínajú pomocou tranzistorov pohonu (Q1 a Q2). Horné červené LED diódy (D1 a D2) nám ukazujú, ktorý motor je v danom čase zapnutý. Tento mechanizmus riadenia je príkladom riadenia s uzavretou slučkou a poskytuje rýchlo adaptívne vedenie na aktualizáciu dráhy robota veľmi jednoduchým, ale efektívnym spôsobom.

Krok 8: Robot sledujúci čiaru - odpory

Rezistor je pasívna dvojvodičová elektrická súčiastka, ktorá ako prvok obvodu implementuje elektrický odpor. V elektronických obvodoch sa rezistory okrem iného používajú na zníženie toku prúdu, úpravu úrovní signálu, rozdelenie napätia, predpätie aktívnych prvkov a ukončenie prenosových vedení. Rezistory sú bežnými prvkami elektrických sietí a elektronických obvodov a sú v elektronických zariadeniach všadeprítomné.

Súprava robota nasledujúca po riadku obsahuje štyri rôzne hodnoty odporov s axiálnym prívodom a otvormi s farebne označenými pásmi, ako je znázornené na obrázku:

• 10 ohmov: hnedá, čierna, čierna, zlatá
• 51 ohmov: zelená, hnedá, čierna, zlatá
• 1K ohm: hnedá, čierna, čierna, hnedá
• 3,3 K ohm: oranžová, oranžová, čierna, hnedá

Rezistory by mali byť vložené z hornej časti dosky plošných spojov (PCB) podľa obrázku a potom spájkované zospodu. Samozrejme bola zadaná správna hodnota odporu, nie sú zameniteľné. Rezistory však nie sú polarizované a môžu byť vložené v oboch smeroch.

Krok 9: Robot sledujúci riadok - zostávajúce súčasti

Ostatné prvky obvodu, ako sú tu znázornené, je možné vložiť z hornej časti dosky plošných spojov a spájkovať nižšie, rovnako ako odpory.

Všimnite si toho, že štyri súčasti svetelného senzora sú skutočne vložené zo spodnej časti PCB. Dlhá skrutka je vložená medzi komponenty svetelného senzora a pevne pripevnená otvorenou maticou. Potom môže byť matica so zaoblenou hlavou umiestnená na koniec skrutky ako hladký klzák.

Na rozdiel od rezistorov je niekoľko ďalších komponentov polarizovaných:

Tranzistory majú plochú a polkruhovú stranu. Keď sú vložené do dosky plošných spojov, uistite sa, že sa zhodujú s bielymi značkami sieťotlače na doske plošných spojov.

LED diódy majú dlhý a kratší zvod. Dlhý vodič by mal byť zladený s koncovkou +, ako je uvedené na hodvábnej obrazovke.

Elektrolytické kondenzátory v tvare plechovky majú negatívny koncový indikátor (zvyčajne biely pruh), ktorý klesá po jednej strane plechovky. Náskok na tejto strane je negatívny a druhý je pozitívny. Tieto musia byť vložené do DPS podľa pinových indikátorov na hodvábnej obrazovke.

8-kolíkový čip, jeho zásuvka a sieťovina na PCB na ich vloženie majú na jednom konci polkruhový indikátor. Tieto musia byť zoradené pre všetky tri. Zásuvka by mala byť spájkovaná do DPS a čip by nemal byť vložený do zásuvky, kým nie je spájkovanie dokončené a vychladnuté. Aj keď je čip možné priamo spájkovať s doskou plošných spojov, musíte byť veľmi rýchli a opatrní. Odporúčame používať zásuvku vždy, keď je to možné.

Krok 10: Robot sledujúci riadok - batéria

Tenkú hornú vrstvu obojstrannej pásky je možné odlepiť a pripevniť tak batériu. Vodiče je možné napájať cez dosku plošných spojov a spájkovať nižšie. Prebytočný drôt môže byť užitočný pri spájkovaní motorov.

Krok 11: Riadiaci robot - motory

Vývody pre motory je možné spájkovať s podložkami na spodnej strane dosky plošných spojov, ako je to znázornené. Po spájkovaní vodičov je možné odstrániť tenkú hornú vrstvu obojstrannej pásky, aby sa motory pripevnili k doske plošných spojov.

Krok 12: Robot sledujúci riadok - sledujte ho

Na riadka nasledujúceho robota je radosť sa pozerať. Vložte pár článkov batérie AA a nechajte ich vytrhnúť.

V prípade potreby je možné trimery potenciometrov vyladiť tak, aby spresnili detekciu hrán robota.

Ak existujú ďalšie problémy s „správaním“robota, je tiež užitočné skontrolovať zarovnanie štyroch komponentov spodného senzora a najmä čiernej trubice okolo fotorezistorov.

Nakoniec používajte čerstvé batérie. Hneď ako sa batéria vybije, zaznamenali sme nepravidelný výkon.

Krok 13: Robotické rameno od MeArm

Rameno MeArm bolo vyvinuté ako najdostupnejší učebný nástroj na svete a najmenšie a najchladnejšie rameno robota. MeArm sa dodáva ako súprava robotického ramena s plochým balením, ktorá obsahuje laserom rezané akrylové listy a mikro servá. Postaviť ho môžete iba pomocou skrutkovača a nadšenia. Webová stránka Lifehacker ju označila za „perfektný projekt Arduino pre začiatočníkov“. MeArm je vynikajúci dizajn a veľa zábavy, ale zostavenie môže byť určite trochu zložité. Nájdite si čas a buďte trpezliví. Snažte sa nikdy nevynucovať servomotory. Mohlo by to poškodiť malé plastové prevody vo vnútri serva.

MeArm v tejto dielni sa ovláda z aplikácie pre smartfóny alebo tablety pomocou Wi-Fi modulu NodeMCU prispôsobeného vývojovej platforme Arduino. Tento nový riadiaci mechanizmus je úplne odlišný od pôvodnej dosky „mozgov“diskutovanej v dokumentácii MeArm, preto sa riaďte pokynmi pre ovládač, ktoré sú tu uvedené, a nie pokynmi v pôvodnej dokumentácii od MeArm. Mechanické detaily týkajúce sa montáže akrylových komponentov MeArm a servomotorov zostávajú rovnaké.

Krok 14: Robotický ramenný ovládač Wi -Fi - Pripravte Arduino na NodeMCU

NodeMCU je open source platforma založená na čipe ESP8266. Tento čip obsahuje 32-bitový procesor RISC pracujúci na frekvencii 80 MHz, Wi-Fi (IEEE 802.11 b/g/n), RAM pamäť, Flash pamäť a 16 I/O pinov.

Náš hardvér ovládača je založený na zobrazenom module ESP-12, ktorý obsahuje čip ESP8266 spolu s integrovanou podporou siete Wi-Fi.

Arduino je elektronická platforma s otvoreným zdrojovým kódom založená na ľahko použiteľnom hardvéri a softvéri. Je určený pre kohokoľvek, kto robí interaktívne projekty. Aj keď platforma Arduino spravidla používa mikrokontrolér Atmel AVR, môže fungovať ako adaptér pre prácu s inými mikrokontrolérmi vrátane nášho ESP8266.

Na začiatok sa musíte uistiť, že máte v počítači nainštalované IDE Arduino. Ak nemáte IDE nainštalované, môžete si ho zadarmo stiahnuť (www.arduino.cc).

Budete tiež potrebovať ovládače pre operačný systém (OS) vášho počítača na prístup k príslušnému čipu Serial-USB v použitom module NodeMCU. V súčasnosti väčšina modulov NodeMCU obsahuje čip CH340 Serial-USB. Výrobca čipov CH340 (WCH.cn) má k dispozícii ovládače pre všetky populárne operačné systémy. Na ich web je najlepšie použiť stránku preloženú spoločnosťou Google.

Akonáhle budeme mať nainštalovaný Arduino IDE a nainštalované ovládače OS pre čip rozhrania USB, musíme rozšíriť Ardino IDE, aby fungoval s čipom ESP8266. Spustite IDE, prejdite na predvoľby a vyhľadajte pole na zadanie „dodatočných adries URL správcu“

Ak chcete nainštalovať Board Manager pre ESP8266, prilepte túto adresu URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Po inštalácii zatvorte IDE a potom ho znova spustite.

Teraz pripojte modul NodeMCU k počítaču pomocou kábla microUSB.

Vyberte typ dosky v Arduino IDE ako NodeMCU 1.0

Tu je návod, ktorý prechádza procesom nastavenia Arduino NodeMCU pomocou niekoľkých rôznych príkladov aplikácií. Je to tu trochu scestné od cieľa, ale môže byť užitočné pozrieť sa na iný uhol pohľadu, ak sa zaseknete.

Krok 15: Robotický ramenný ovládač Wi -Fi - hacknite svoj prvý program NodeMCU

Kedykoľvek pripojíme nový hardvér alebo nainštalujeme nový softvérový nástroj, radi sa ubezpečíme, že to funguje, vyskúšaním niečoho veľmi jednoduchého. Programátori to často nazývajú programom „ahoj svet“. V prípade vstavaného hardvéru (čo tu robíme) v „ahoj svete“zvyčajne bliká dióda LED (dióda vyžarujúca svetlo).

Našťastie má NodeMCU vstavanú diódu LED, ktorú môžeme blikať. Arduino IDE má tiež príklad programu na blikanie diód LED.

V IDE Arduino otvorte príklad s názvom blikanie. Ak tento kód podrobne preskúmate, vidíte, že strieda otočný kolík 13 vysoko a nízko. Na pôvodných doskách Arduino je užívateľská LED dióda na pine 13. LED dióda NodeMCU je však na kolíku 16. Program blink.ino teda môžeme upraviť tak, aby sa každý odkaz zmenil na pin 13 na pin 16. Potom môžeme program zostaviť a nahrajte ho do modulu NodeMCU. Môže to trvať niekoľko pokusov a môže to vyžadovať overenie ovládača USB a dvojitú kontrolu nastavenia dosky a portu v IDE. Nájdite si čas a buďte trpezliví.

Akonáhle program správne nahrá, IDE oznámi „nahrávanie bolo dokončené“a LED dióda začne blikať. Zistite, čo sa stane, ak zmeníte dĺžku funkcie delay () vo vnútri programu a potom ju znova nahráte. Je to to, čo ste očakávali. Ak je to tak, hackli ste svoj prvý vložený kód. Gratulujem

Krok 16: Robotický ramenný ovládač Wi -Fi - príklad softvérového kódu

Blynk (www.blynk.cc) je platforma vrátane aplikácií pre iOS a Android na ovládanie Arduina, Raspberry Pi a ďalšieho hardvéru cez internet. Je to digitálny informačný panel, na ktorom môžete pre svoj projekt vytvoriť grafické rozhranie jednoduchým pretiahnutím miniaplikácií. Je skutočne jednoduché nastaviť všetko a hneď sa pustíte do drobností. Blynk vás dostane online a pripravených na internet vašich vecí.

Pozrite sa na web Blynk a postupujte podľa pokynov na nastavenie knižnice Arduino Blynk.

Uchopte program ArmBlynkMCU.ino Arduino pripojený tu. Všimnite si, že má tri reťazce, ktoré je potrebné inicializovať. Zatiaľ ich môžete ignorovať a uistiť sa, že môžete kód zostaviť a nahrať tak, ako je, na NodeMCU. Tento program budete potrebovať načítaný do NodeMCU pre ďalší krok kalibrácie servomotorov.

Krok 17: Robotický ramenný ovládač Wi -Fi - kalibrácia servomotorov

Doska štítu motora ESP-12E podporuje priame zapojenie modulu NodeMCU. Opatrne zarovnajte a vložte modul NodeMCU na dosku štítu motora. Pripojte tiež štyri servá k štítu, ako je znázornené na obrázku. Upozorňujeme, že konektory sú polarizované a musia byť orientované podľa obrázku.

Kód NodeMCU, ktorý bol načítaný v poslednom kroku, inicializuje serva do ich kalibračnej polohy, ako je tu zobrazené a diskutované v dokumentácii MeArm. Uchytenie ramien serva v správnej orientácii, zatiaľ čo sú serva nastavené do svojej kalibračnej polohy, zaisťuje, že pre každé zo štyroch serv je nakonfigurovaný správny počiatočný bod, koncový bod a rozsah pohybu.

O použití energie z batérie so servomotormi NodeMCU a MeArm:

Vodiče batérie by mali byť zapojené do skrutkových svoriek vstupu batérie. Na kryte motora je plastové tlačidlo napájania, ktoré aktivuje napájanie batérie. Malý plastový prepojovací blok sa používa na smerovanie napájania do NodeMCU z krytu motora. Bez nainštalovaného prepojovacieho bloku sa NodeMCU môže napájať z kábla USB. Keď je nainštalovaný prepojovací blok (ako je znázornené), energia z batérie je vedená do modulu NodeMCU.

Krok 18: Používateľské rozhranie robotického ramena - integrácia s Blynkom

Teraz môžeme nakonfigurovať aplikáciu Blynk na ovládanie servomotorov.

Nainštalujte si aplikáciu Blyk na mobilné zariadenie iOS alebo Android (smartphone alebo tablet). Po inštalácii nastavte nový projekt Blynk so štyrmi posúvačmi na ovládanie štyroch servomotorov. Všimnite si autorizačný token Blynk vygenerovaný pre vás nový projekt Blynk. Môžete si ho nechať zaslať e -mailom kvôli jednoduchému prilepeniu.

Upravte program ArmBlynkMCU.ino Arduino, aby vyplnil tri reťazce:

• Wi-Fi SSID (pre váš prístupový bod Wi-Fi)
• Heslo Wi-Fi (pre váš prístupový bod Wi-Fi)
• Autorizačný token Blynk (z vášho projektu Blynk)

Teraz skompilovajte a nahrajte aktualizovaný kód obsahujúci tri reťazce.

Overte, či môžete štyri servomotory presúvať cez Wi-Fi pomocou posuvníkov na vašom mobilnom zariadení.

Krok 19: Robotické rameno - mechanická montáž

Teraz môžeme pokračovať v mechanickej montáži MeArm. Ako už bolo uvedené, môže to byť trochu zložité. Nájdite si čas a buďte trpezliví. Nepokúšajte sa silou tlačiť servomotory.

Nezabudnite, že tento MeArm je ovládaný modulom NodeMCU Wi-Fi, ktorý sa úplne líši od pôvodnej dosky „mozgov“diskutovanej v dokumentácii MeArm. Postupujte podľa pokynov pre ovládač, ktoré sú tu uvedené, a nie podľa pokynov v pôvodnej dokumentácii od MeArm.

Kompletné podrobnosti o mechanickej montáži nájdete na tomto mieste. Sú označené ako príručka zostavenia pre MeArm v1.0.

Krok 20: Online zdroje na štúdium robotiky

Rastie počet online kurzov robotiky, kníh a ďalších zdrojov …

• Kurz Stanford: Úvod do robotiky
• Kurz Columbia: Robotika
• Kurz MIT: Nedocenená robotika
• WikiBook robotiky
• Kurz robotiky
• Výučba výpočtovej techniky s robotmi
• Robotika demystifikovaná
• Robotické mechanizmy
• Matematická robotická manipulácia
• Vzdelávacie roboty s Lego NXT
• LEGO vzdelávanie
• Špičková robotika
• Vstavaná robotika
• Autonómne mobilné roboty
• Horolezecké a chodiace roboty
• Horolezecké a chodiace roboty Nové aplikácie
• Humanoidní roboti
• Robotické zbrane
• Robotické manipulátory
• Pokroky v robotických manipulátoroch
• AI robotika

Ich skúmanie a ďalšie zdroje nepretržite rozšíria vaše znalosti zo sveta robotiky.

Krok 21: Záplata na podporu robotiky

Gratulujem Ak ste do týchto robotických projektov vynaložili maximálne úsilie a pokročili ste vo svojich znalostiach, mali by ste s hrdosťou nosiť priložený patch na úspechy. Dajte svetu vedieť, že ste majstrom serv a senzorov.

Krok 22: Hacknite planétu

Dúfame, že sa vám workshop robotiky HackerBoxes páči. Tento a ďalšie workshopy je možné zakúpiť v online obchode na HackerBoxes.com, kde sa môžete tiež prihlásiť na predplatné mesačného predplatného HackerBoxes a nechať si každý mesiac doručovať skvelé projekty priamo do vašej schránky.

Podeľte sa o svoj úspech v nižšie uvedených komentároch a/alebo na facebookovej skupine HackerBoxes. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete s čímkoľvek pomôcť, určite nám dajte vedieť. Ďakujeme, že ste súčasťou dobrodružstva HackerBoxes. Urobme niečo skvelé!