Robot za uravnoteženje / 3 -kolesni robot / STEM robot: 8 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Zgradili smo kombiniranega balansirnega in trikolesnega robota za izobraževalno uporabo v šolah in po šolskih izobraževalnih programih. Robot temelji na Arduino Uno, ščitu po meri (vse podrobnosti o gradnji), Li -Ion bateriji (vse podrobnosti o konstrukciji) ali bateriji 6xAA, MPU 6050, modulu Bluetooth BLE, ultrazvočnem modulu (neobvezno)) in servo za premikanje roke. Na voljo je tudi obsežno izobraževalno gradivo, pripravljeno za uporabo v učilnicah.

V priloženem dokumentu so navodila otrokom, da v nizu korakov sestavijo robota, ki zagotavlja izobraževalno učenje na vsakem koraku. To je dokument, ki je na voljo šolam in pošolskim programom.

Obstaja 7 vaj, ki jih lahko izvedete, preden naložite skico robota za polno uravnoteženje / 3 kolesa. Vsaka od vaj se osredotoča na določen vidik robota, npr. senzor merilnika pospeška/žiroskopa, ki komunicira z aplikacijo za pametni telefon z uporabo bluetootha, ultrazvočnega senzorja, servo itd. Vaje so integrirane v fizično konstrukcijo robota, tako da je, ko je robota izdelano dovolj za izvedbo vaje, skico za vajo lahko naložite in naredite. To pomaga pri osredotočanju zabave pri ustvarjanju robota na izobraževalno učenje.

Odločeno je bilo, da bomo uporabili Arduino Uno, ker je zelo pogost in se uporablja na številnih izobraževalnih področjih. Poleg ščita smo uporabili tudi standardne module, ki so na voljo takoj. Podvozje je 3D -tiskano in zasnova na voljo v TinkerCAD -u.

Ugotovili smo tudi, da ta robot otrokom pomaga vzbuditi zaupanje v razmišljanje o ustvarjanju lastnih stvaritev in da to ni težko.

Vse skice so dobro komentirane, naprednejši študenti pa lahko spremenijo ali napišejo svoje skice. Robot lahko tvori splošno platformo za spoznavanje Arduina in elektronike.

Robot deluje tudi z aplikacijo "LOFI bloki" (https://lofiblocks.com/en/), zato lahko otroci tja v grafično okolje, podobno kot SCRATCH, napišejo svojo kodo.

Upoštevajte, da zgornji video prikazuje model znamke 1, robot zdaj uporablja aplikacijo Bluetooth RemoteXY (ki je na voljo za naprave Andriod in Apple), MPU 6050 se zdaj nahaja na robotskem ščitu (ne v drsniku na dnu robot - čeprav ga lahko po želji še vedno najdete) in ima izbirni ultrazvočni senzor, ki ga je mogoče priključiti na ščit.

Zahvala:

(1) kot nagiba in nadzor PID temelji na programski opremi družbe Brokking:

(2) Aplikacija RemoteXY:

(3) Bloki LOFI in aplikacija LOFI Robot:

(4) orožje na podlagi jjrobotov:

(5) vse skice so shranjene v Arduino Create:

(6) 3D modeli so shranjeni na TinkerCAD:

Izjava o omejitvi odgovornosti: Ta material je na voljo takšen, kot je, brez garancije za pravilnost ali kako drugače tega materiala. Uporaba aplikacij za iPhone in Android tretjih oseb, navedenih v tem dokumentu, je na lastno odgovornost uporabnikov. Robot lahko uporablja litij -ionsko baterijo, uporaba baterije in napajalnika sta na lastno odgovornost uporabnikov. Avtorji ne prevzemajo odgovornosti za izgube, ki jih utrpi katera koli oseba ali organizacija, ki uporablja ta material, ali pri gradnji ali uporabi robota.

Korak: Seznam delov

Za izdelavo robota iz nič je potrebnih veliko korakov in trajalo bo kar nekaj časa in nege. Potrebovali boste 3D tiskalnik in dobro spajkali in sestavljali elektronska vezja.

Za izdelavo robota so potrebni naslednji deli:

(1) 3D -tiskanje podaljška kolesa in kolesca

(2) Arduino Uno

(3) Zgradite ščit robota

(4) MPU 6050, modul Bluetooth AT9 BLE, izbirni ultrazvočni modul (vse priključite v ščit)

(5) Servo SG90

(6) TT motorji in kolesa

(7) Zgradite napajalnik (bodisi baterijo 6xAA ali Li -Ion baterijo)

V priloženi datoteki je razloženo, kako pridobiti in sestaviti vse dele razen napajalnika Li Ion in robotskega ščita, ki sta obravnavana v naslednjih korakih.

2. korak: Robotski ščit

Zasnova tiskanega vezja za robotski ščit je narejena v Fritzingu, priložena je datoteka Fritzing, če želite spremeniti zasnovo.

Priložene so tudi datoteke gerber za tiskano vezje ščita, ki jih lahko pošljete proizvajalcu tiskane plošče, da ta izdela ščit.

Na primer, naslednji proizvajalci lahko izdelajo 10 x PCB plošče za približno 5 USD + poštnino:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

Priložen je tudi dokument o izdelavi ščita.

3. korak: Napajalnik

Za robota lahko zgradite baterijo 6xAA ali Li-Ion baterijo. Navodila za oboje so priložena.

Komplet baterij AA je veliko lažje sestaviti. Vendar pa baterije trajajo le približno 20/30 minut, preden jih je treba zamenjati. Tudi servomotorja ni mogoče uporabljati z baterijo AA, zato ni premične roke.

Li -Ion baterijo je mogoče napolniti in med polnjenji traja približno 60 plus minut (odvisno od zmogljivosti uporabljene baterije). Vendar je Li -Ion baterijo težje sestaviti in uporablja Li -Ion baterijo, z Li -Ion baterijami je treba ravnati previdno.

Li -Ion baterija vsebuje zaščitno vezje, ki ščiti baterijo pred prenapolnjenostjo in napolnjenostjo ter omejuje največji tok na 4 ampere. Uporablja tudi polnilni modul Li -Ion.

Uporabili bi lahko kateri koli Li -Ion akumulator, ki ima izhod približno 7,2 voltov, vendar bi morali priključiti kabel z ustreznim vtičem robotskega ščita.

Povejte mi, če imate dober alternativni napajalnik. Razlog, zakaj sem sestavil ta paket Li -Ion, je ta, da uporablja eno samo celico Li -Ion, kar pomeni, da je sorazmerno majhen in ga je mogoče polniti iz katerega koli polnilnika mikro USB ali iz katerega koli vhoda USB, vključno z računalnikom. Li -ionski napajalniki Videl sem, da okoli 7,2 volta uporabljajo 2 celici in potrebujejo poseben polnilnik, ki poveča stroške in ni tako priročen za polnjenje.

Če se odločite za izdelavo Li -Ion baterije (ali uporabite katero koli Li -Ion baterijo), se morate zavedati varnostnih težav s temi baterijami, npr.

4. korak: Robotske vaje in skice

Ko pridobite vse dele, lahko pri konstruiranju robota po poti izvajate vaje programiranja, če želite. Te vaje skupaj s pojasnili so na voljo na Arduino Create - spodnje povezave vas popeljejo na vaje Arduino Create - vajo lahko nato odprete in shranite v prijavo za Arduino Create.

Če želite skice naložiti v robota, se prepričajte, da telefon ni povezan z robotom prek Bluetootha - povezava Bluetooth preprečuje nalaganje. Čeprav na splošno ni potreben, je pin za modul Bluetooth 123456.

Vaje 3, 5 in 7 uporabljajo aplikacijo za pametni telefon "LOFI robot" (ali aplikacijo "BLE joystick" - čeprav ta aplikacija ne deluje vedno z napravami Apple).

Vaje 8 (celotna skica robota) za upravljanje robota uporabljajo aplikacijo za pametni telefon »RemoteXY«.

Skica LOFI Blocks uporablja aplikacijo "LOFI Blocks". (upoštevajte, da ta aplikacija najbolje deluje na napravah Apple).

Ko naložite vajo v Arduino Create, poleg skice arduino obstajajo še drugi zavihki, ki ponujajo informacije o vaji.

Vaja 1: Osnove Arduina - rdeče in zeleno utripajo LED diode na krmilni plošči robota. To vajo lahko izvedete po koraku (3) pri gradnji.

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

Vaja 2: Žiroskopski senzor - spoznavanje žiroskopov in merilnikov pospeška. To vajo lahko izvedete po koraku (4) pri gradnji. Uporabiti morate »Serijski monitor« s hitrostjo prenosa na 115200.

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

Vaja 3: Bluetooth povezava - vzpostavite povezavo Bluetooth, z aplikacijo za pametni telefon vklopite in izklopite LED na nadzornem ščitu robota. To vajo lahko izvedete po koraku (5) pri gradnji.

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

Vaja 4: Ultrazvočni senzor razdalje (neobvezno) - spoznavanje ultrazvočnega senzorja. To vajo lahko izvedete po koraku (5) pri gradnji. Uporabiti morate serijski monitor s hitrostjo prenosa na 115200.

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

Vaja 5: Servo-mehanizem-spoznavanje servo mehanizma in premikanje roke uporabite aplikacijo za pametni telefon za nadzor kota servo roke. To vajo lahko izvedete po koraku (8) pri gradnji. Uporabiti morate serijski monitor s hitrostjo prenosa na 115200.

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

Vaja 6: Pogonski motorji - če se seznanite z motorji, poganjajte pogonske motorje naprej in nazaj. Baterijo je treba vklopiti. Uporabiti morate serijski monitor s hitrostjo prenosa na 115200.

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

Vaja 7: Osnovni avtomobil - zgradite preprost trikolesni avto (robot s pritrditvijo na 3. kolo), za upravljanje avtomobila uporabljamo aplikacijo za pametni telefon. Za spremljanje vaše roke uporablja tudi ultrazvočni senzor. To lahko storite na isti točki v konstrukciji kot zgoraj. Baterijo je treba vklopiti in vstaviti nastavek za 3. kolo.

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

Vaja 8: Robot za popolno uravnoteženje - koda za robota za popolno uravnoteženje / tri kolesa. Za upravljanje robota uporabite aplikacijo za pametni telefon "RemoteXY".

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

Skica blokov LOFI - če želite uporabiti aplikacijo "Bloki LOFI", naložite to skico v robota. Robota lahko nato programirate z aplikacijo "LOFI Blocks", ki uporablja programske bloke, podobne SCRATCH.

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

Vaja 9: Robot za sledenje linij. Možno je dodati dva senzorja za sledenje linij in z ultrazvočnim vtičem povezati senzorje za sledenje linij z robotom. Upoštevajte, da so senzorji povezani z digitalnimi zatiči D2 in D8.

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

Vaja 10: Nadzor Bluetooth. Uporaba Bluetooth in aplikacije za telefon (RemoteXY) za upravljanje robotskih LED in servo mehanizma. V tej vaji se študentje naučijo o tehnologiji Bluetooth, kako z uporabo aplikacije za telefon upravljati stvari v resničnem svetu ter spoznavajo LED in servo mehanizme.

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

5. korak: Uravnoteženje matematike robotov in strukture programa

V priloženi datoteki je pregled matematične in programske strukture uravnotežnega dela robota.

Matematika za robotom za uravnoteženje je preprostejša in bolj zanimiva, kot si mislite.

Za naprednejše šolarje je mogoče povezati uravnoteženega robotskega matematika s študijem matematike in fizike, ki ga opravljajo v srednji šoli.

V matematiki lahko robot pokaže, kako se trigometrija, diferenciacija in integracija uporabljajo v resničnem svetu. Koda prikazuje, kako računalniki diferenciacijo in integracijo izračunajo numerično, in ugotovili smo, da učenci bolje razumejo te koncepte.

V Physcisu merilniki pospeška in žiroskopi omogočajo vpogled v zakone gibanja in praktično razumevanje stvari, na primer, zakaj so meritve merilnika pospeška hrupne in kako ublažiti te omejitve v resničnem svetu.

To razumevanje lahko vodi v nadaljnje razprave, na primer PID nadzor in intuitivno razumevanje algoritmov za nadzor povratnih informacij.

Zgradbo tega robota je mogoče vključiti v šolski učni načrt ali v povezavi s programom po šoli, od osnovnošolcev do srednješolcev.

6. korak: Pripomoček za kamero za pretakanje videa

Ustvarili smo malinovo video kamero na osnovi PI, ki jo lahko pritrdimo na podaljšek kolesca na robota. Uporablja WiFi za prenos pretočnega videoposnetka v spletni brskalnik.

Robot uporablja ločeno napajanje in je samostojen modul.

Datoteka vsebuje podrobnosti o izdelavi.

Druga možnost je, da se na podaljšek kolesca priklopijo druge samostojne videokamere, kot je Quelima SQ13, na primer:

7. korak: Uporaba motorjev N20 namesto motorjev TT

Namesto motorja TT je možno uporabiti motor N20.

Robot teče bolj gladko in z motorjem N20 deluje veliko hitreje.

Motorji N20, ki sem jih uporabil, so 3V, 250 vrtljajev na minuto motorji N20, npr.

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

Motorji N20 niso tako robustni in ne zdržijo tako dolgo, morda 5-10 ur uporabe.

Motor N20 zahteva, da 3D natisnete nosilce motorja N20, vstavljen pa je tudi kolesni vložek, ki omogoča kolo motorja TT, da se prilega osni gredi motorja N20.

Nosilce motorja N20 lahko najdete tako, da v galeriji tinkerCAD poiščete "balrobot".

8. korak: