Delavnica robotike HackerBoxes: 22 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:08

Delavnica HackerBoxes Robotics je bila zasnovana tako, da ponuja zelo zahteven, a prijeten uvod v robotske sisteme DIY in tudi hobistično elektroniko na splošno. Delavnica robotike je namenjena udeležencem izpostaviti tem pomembnim temam in učnim ciljem:

• Pohodni roboti
• Zobniški sklopi za usklajevanje gibanja
• Spajkanje elektronskih projektov
• Shematski shemi vezja
• Optični senzorji za avtonomno krmiljenje in navigacijo
• Analogna krmilna vezja z zaprto zanko
• Arduino programiranje
• NodeMCU vgrajeni procesorji RISC
• Wi-Fi v vgrajenih procesorskih sistemih
• IoT nadzor s platformo Blyk
• Ožičenje in kalibracija servo motorjev
• Kompleksna robotska montaža in integracija krmiljenja

HackerBoxes je storitev mesečne naročnine na elektroniko in računalniško tehnologijo DIY. Smo ustvarjalci, ljubitelji in eksperimentatorji. Če bi radi kupili delavnico HackerBoxes ali vsak mesec po pošti prejemali naročnino na presenetljive naročnine na velike projekte elektronike, nas obiščite na spletnem mestu HackerBoxes.com in se pridružite revoluciji.

Projekti v delavnicah HackerBox in tisti v mesečni naročnini HackerBoxes niso ravno za začetnike. Na splošno zahtevajo predhodno izpostavljenost elektronike DIY, osnovne sposobnosti spajkanja in udobje pri delu z mikrokrmilniki, računalniškimi platformami, funkcijami operacijskega sistema, knjižnicami funkcij in preprostim kodiranjem programov. Uporabljamo tudi vsa tipična orodja za ljubitelje za gradnjo, odpravljanje napak in testiranje projektov elektronike DIY.

Hack the Planet!

1. korak: Vsebina delavnice

• Komplet RoboSpider
• Komplet robotskih avtonomnih linij
• Arduino krmilnik Wi-Fi z robotsko roko
• Komplet robotskih ročic MeArm
• Obliž dosežkov robotike

Dodatni predmeti, ki so lahko v pomoč:

• Sedem AA baterij
• Osnovna orodja za spajkanje
• Računalnik za izvajanje Arduino IDE

Zelo pomemben dodaten predmet, ki ga bomo potrebovali, je pravi občutek pustolovščine, duh DIY in radovednost hekerjev. Začetek katere koli pustolovščine kot ustvarjalec in ustvarjalec je lahko razburljiv izziv. Zlasti ta vrsta hobi elektronike ni vedno lahka, toda ko vztrajate in uživate v pustolovščini, lahko vztrajanje in ugotovitev vsega prinese veliko zadovoljstvo!

2. korak: RoboSpider

S tem kompletom robotov ustvarite svoj RoboSpider. Ima osem nog z več sklepi, ki podvajajo hojo pravih pajkov. Preglejte dele kompleta, da preverite 71 kosov, prikazanih tukaj. Ali lahko uganete, za kaj se vsak kos uporablja v zasnovi RoboSpider?

3. korak: RoboSpider - ožičenje

Najprej povežite ohišje motorja in akumulatorja za RoboSpider. Žice lahko preprosto privijete na sponke akumulatorja, kot je prikazano v navodilih. Žice pa lahko po želji previdno spajkate.

4. korak: RoboSpider - Mehanski sklop

Za vsak par nog je oblikovan zelo zanimiv sklop zobnikov. Vsak RoboSpider ima štiri takšne sklope po dve nogi za koordinacijo gibanja osmih ločenih pajkov nog. Upoštevajte, kako je pritrjena naprava za pomoč pri poravnavi zobnikov.

Preostanek RoboSpiderja lahko sestavite, kot je prikazano v navodilih. Kakšno dinamiko hoje prikazuje ta RoboSpider?

5. korak: Pripravimo se na spajkanje

Spajkanje je postopek, pri katerem se dva ali več kovinskih predmetov (pogosto žice ali vodi) združijo s taljenjem polnilne kovine, imenovane spajkanje, v spoj med kovinskimi predmeti. Na voljo so različne vrste spajkalnih orodij. Začetna delavnica HackerBoxes vključuje lep nabor osnovnih orodij za spajkanje majhne elektronike:

• Spajkalnik
• Nasveti za zamenjavo
• Stojalo za spajkalnik
• Čistilo za konice spajkalnika
• Spajkanje
• Odpakiranje Wick

Če ste šele začeli spajkati, je na spletu veliko odličnih vodnikov in videoposnetkov o spajkanju. Tukaj je en primer. Če menite, da potrebujete dodatno pomoč, poiščite lokalno skupino ustvarjalcev ali prostor za hekerje na vašem območju. Tudi amaterski radijski klubi so vedno odličen vir izkušenj z elektroniko.

Med spajkanjem nosite zaščitna očala

Prav tako boste želeli imeti nekaj izopropilnega alkohola in brisov za čiščenje ostankov rjavkastega toka, ki ostanejo na vaših spajkalnih sklepih. Če ostanejo na mestu, bo ta ostanek sčasoma razjedel kovino v povezavi.

Nazadnje si lahko ogledate strip "Spajkanje je enostavno" avtorja Mitcha Altmana.

6. korak: Robot sledi liniji

Robot za sledenje liniji (znan tudi kot sledenje liniji) lahko sledi debeli črni črti, narisani na beli površini. Linija mora biti debela približno 15 mm.

7. korak: Robot po robotu - shema in komponente

Tu so prikazani deli linije za robotom in shema vezja. Poskusite identificirati vse dele. Med pregledom teorije operacij spodaj preverite, ali lahko ugotovite namen vsakega dela in morda celo zakaj so bile njihove vrednosti tako določene. Poskus "povratnega inženiringa" obstoječih vezij je odličen način, da se naučite oblikovati svoje.

Teorija delovanja:

Na vsaki strani črte se LED (D4 in D5) uporablja za projiciranje svetlobne točke na spodnjo površino. Spodnje LED diode imajo jasne leče, ki tvorijo usmerjen svetlobni snop v nasprotju z razpršenim žarkom. Odvisno od površine pod LED, ki je bela ali črna, se bo različna količina svetlobe odbijala nazaj v ustrezen foto upor (D13 in D14). Črna cev okrog fotorezistorja pomaga odsevati odbito možno neposredno v senzor. Signale fotorezistorjev primerjamo v čipu LM393, da ugotovimo, ali naj robot nadaljuje naravnost ali ga je treba obrniti. Upoštevajte, da imata dva primerjalnika v LM393 enake vhodne signale, vendar sta signala nasprotno usmerjena.

Obračanje robota dosežemo z vklopom enosmernega motorja (M1 ali M2) na zunanji strani zavoja, pri tem pa pustimo motor proti notranjosti zavoja v izklopljenem stanju. Motorje vklopite in izklopite s pogonskimi tranzistorji (Q1 in Q2). Zgornje rdeče LED (D1 in D2) nam pokažejo, kateri motor je vklopljen v danem trenutku. Ta krmilni mehanizem je primer krmiljenja z zaprto zanko in zagotavlja hitro prilagodljivo vodenje za posodabljanje robotove poti na zelo preprost, a učinkovit način.

Korak 8: Robot sledi liniji - upori

Upor je pasivna električna komponenta z dvema sponkama, ki izvaja električni upor kot element vezja. V elektronskih vezjih se upori med drugim uporabljajo za zmanjšanje pretoka toka, prilagajanje ravni signala, delitev napetosti, pristranskosti aktivnih elementov in prekinitev daljnovodov. Upori so pogosti elementi električnih omrežij in elektronskih vezij in so povsod prisotni v elektronski opremi.

Vrstica, ki sledi kompletu robotov, vključuje štiri različne vrednosti aksialnih svinčevih uporov skozi luknje, ki imajo barvno označene pasove, kot je prikazano:

• 10 ohm: rjava, črna, črna, zlata
• 51 ohm: zelena, rjava, črna, zlata
• 1K ohm: rjava, črna, črna, rjava
• 3.3K ohm: oranžna, oranžna, črna, rjava

Upor je treba vstaviti z vrha tiskanega vezja (PCB), kot je prikazano, in nato spajkati od spodaj. Seveda je treba navesti pravilno vrednost upora, niso zamenljivi. Upori pa niso polarizirani in jih je mogoče vstaviti v obe smeri.

9. korak: Robot po vrstnem redu - preostale komponente

Druge elemente vezja, kot je prikazano tukaj, lahko vstavite z vrha tiskanega vezja in spodaj spajkate, tako kot upore.

Upoštevajte, da so štiri komponente svetlobnega senzorja dejansko vstavljene z dna tiskanega vezja. Dolg vijak je vstavljen med komponente svetlobnega senzorja in tesno pritrjen z odprto matico. Nato lahko matico z zaobljenim pokrovom namestite na konec vijaka kot gladko jadralno letalo.

Za razliko od uporov je več drugih komponent polariziranih:

Tranzistorji imajo ravno stran in polkrožno stran. Ko jih vstavite v tiskano vezje, se prepričajte, da se ujemajo z belimi oznakami na sitotisku na tiskanem vezju.

Svetleče diode imajo dolg in krajši vodnik. Dolgi kabel je treba uskladiti s priključkom +, kot je prikazano na sitotisku.

Elektrolitski kondenzatorji v obliki pločevinke imajo negativni terminalni indikator (običajno bel trak), ki se spušča po eni strani pločevinke. Prednost na tej strani je negativna, druga pa pozitivna. Te je treba vstaviti v tiskano vezje v skladu s kazalci zatičev na sitotisku.

8-polni čip, njegova vtičnica in sitotisk iz PCB-ja za njihovo vstavljanje imajo vsi na enem koncu polkrožni indikator. Te morajo biti postavljene za vse tri. Vtičnico je treba spajkati v tiskano vezje, čip pa ne vstaviti v vtičnico, dokler spajkanje ni končano in ohlajeno. Čeprav je čip lahko neposredno spajen v tiskano vezje, morate biti pri tem zelo hitri in previdni. Priporočamo uporabo vtičnice, kadar koli je to mogoče.

10. korak: Robot, ki sledi liniji - Baterija

Tanko, zgornjo plast dvostranskega traku lahko odlepite, da pritrdite baterijo. Kabli se lahko napajajo skozi tiskano vezje in spodaj spajkajo. Presežek žice je lahko uporaben za spajkanje motorjev.

11. korak: Robot sledi liniji - motorji

Vodi za motorje lahko spajkate na blazinice na spodnji strani tiskanega vezja, kot je prikazano. Ko spajate kable, lahko odstranite tanko zgornjo plast dvostranskega traku, da pritrdite motorje na tiskano vezje.

12. korak: Robot sledi liniji - Pazi

Robota, ki sledi robotu, je z veseljem opazovati. Vstavite nekaj baterijskih celic AA in pustite, da se raztrga.

Po potrebi se potenciometri za obrezovanje lahko prilagodijo za natančnejše zaznavanje robov robov.

Če obstajajo kakšne druge težave z "vedenjem" pri robotu, je koristno preveriti tudi poravnavo štirih komponent senzorja na spodnji strani in zlasti črne cevi okoli foto uporov.

Nazadnje uporabite sveže baterije. Ko je baterija izpraznjena, smo opazili neredno delovanje.

13. korak: Robotska roka iz MeArma

MeArm Robot Arm je bil razvit kot najbolj dostopno učno orodje na svetu in najmanjša, najhladnejša robotska roka. MeArm je na voljo kot komplet robotskih rokavov z ravnim pakiranjem, ki vsebuje lasersko izrezane akrilne plošče in mikro servomotorje. Zgradite ga lahko le z izvijačem in navdušenjem. Spletno mesto Lifehacker ga je opisalo kot "Popoln projekt Arduino za začetnike". MeArm je odličen dizajn in zelo zabaven, vsekakor pa je lahko malo težaven pri sestavljanju. Vzemite si čas in bodite potrpežljivi. Ne poskušajte nikoli prisiliti servo motorjev. S tem lahko poškodujete drobne plastične zobnike znotraj servomotorja.

MeArm v tej delavnici se upravlja iz aplikacije za pametni telefon ali tablični računalnik z uporabo modula Wi-Fi NodeMCU, prilagojenega razvojni platformi Arduino. Ta novi nadzorni mehanizem se precej razlikuje od prvotne plošče "možganov", obravnavane v dokumentaciji MeArm, zato upoštevajte navodila za krmilnik, ki so predstavljena tukaj, in ne tistih v izvirni dokumentaciji podjetja MeArm. Mehanske podrobnosti glede sestavljanja akrilnih komponent MeArm in servo motorjev ostajajo enake.

Korak 14: Robotski krmilnik Wi -Fi - Pripravite Arduino za NodeMCU

NodeMCU je odprtokodna platforma, ki temelji na čipu ESP8266. Ta čip vključuje 32-bitni procesor RISC, ki deluje na 80 MHz, Wi-Fi (IEEE 802.11 b/g/n), RAM pomnilnik, bliskovni pomnilnik in 16 vhodno-izhodnih zatičev.

Strojna oprema našega krmilnika temelji na prikazanem modulu ESP-12, ki vključuje čip ESP8266 skupaj z vključeno podporo za omrežje Wi-Fi.

Arduino je odprtokodna elektronska platforma, ki temelji na enostavni strojni in programski opremi. Namenjen je vsem, ki ustvarjajo interaktivne projekte. Medtem ko platforma Arduino na splošno uporablja mikrokrmilnik Atmel AVR, je lahko adapter za delo z drugimi mikrokrmilniki, vključno z našim ESP8266.

Za začetek se morate prepričati, da imate v računalniku nameščen Arduino IDE. Če nimate nameščenega IDE -ja, ga lahko brezplačno prenesete (www.arduino.cc).

Za dostop do ustreznega čipa Serial-USB na modulu NodeMCU, ki ga uporabljate, potrebujete tudi gonilnike za operacijski sistem (OS) vašega računalnika. Trenutno večina modulov NodeMCU vključuje serijski čip CH340-USB. Proizvajalec čipov CH340 (WCH.cn) ima na voljo gonilnike za vse priljubljene operacijske sisteme. Za njihovo spletno stran je najbolje uporabiti Googlovo prevedeno stran.

Ko imamo nameščen Arduino IDE in gonilnike OS za vmesniški čip USB, moramo razširiti Ardino IDE za uporabo z čipom ESP8266. Zaženite IDE, pojdite v nastavitve in poiščite polje za vnos »Dodatni URL -ji upravitelja plošč«

Če želite namestiti upravitelja plošč za ESP8266, prilepite ta URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Po namestitvi zaprite IDE in ga nato znova zaženite.

Zdaj povežite modul NodeMCU z računalnikom s kablom microUSB.

Izberite vrsto plošče v Arduino IDE kot NodeMCU 1.0

Tukaj je navodilo, ki obravnava postopek namestitve za Arduino NodeMCU z uporabo različnih primerov aplikacij. Tu je nekoliko odmaknjeno od cilja, vendar bi bilo lahko v pomoč, če bi se zataknili.

Korak 15: Krmilnik Wi -Fi z robotsko roko - kramp svoj prvi program NodeMCU

Kadar koli povežemo nov kos strojne opreme ali namestimo novo programsko orodje, se želimo prepričati, da deluje, tako da poskusimo nekaj zelo preprostega. Programerji temu pogosto pravijo program "hello world". Pri vgrajeni strojni opremi (kar počnemo tukaj) "hello world" običajno utripa LED (svetleča dioda).

Na srečo ima NodeMCU vgrajeno LED, ki jo lahko utripamo. Arduino IDE ima tudi primer programa za utripanje LED.

V Arduino IDE odprite primer, imenovan blink. Če natančno preučite to kodo, lahko vidite, da izmenično obrača pin 13 visoko in nizko. Na izvirnih ploščah Arduino je uporabniška LED na zatiču 13. Vendar je LED za NodeMCU na zatiču 16. Tako lahko program blink.ino uredimo tako, da vsako referenco spremenimo na pin 13 na pin 16. Nato lahko program sestavimo in ga naložite v modul NodeMCU. To lahko traja nekaj poskusov in lahko zahteva preverjanje gonilnika USB in dvakrat preverjanje nastavitev plošče in vrat v vmesniku IDE. Vzemite si čas in bodite potrpežljivi.

Ko program pravilno prenese IDE bo napisal "nalaganje je končano" in LED bo začel utripati. Poglejte, kaj se zgodi, če spremenite dolžino funkcije delay () v programu in jo nato znova naložite. Je to, kar ste pričakovali. Če je tako, ste vdrli v svojo prvo vdelano kodo. Čestitamo!

Korak 16: Robotski ročni krmilnik Wi -Fi - primer programske kode

Blynk (www.blynk.cc) je platforma, ki vključuje aplikacije za iOS in Android za nadzor Arduino, Raspberry Pi in druge strojne opreme po internetu. To je digitalna nadzorna plošča, na kateri lahko zgradite grafični vmesnik za svoj projekt tako, da preprosto povlečete in spustite pripomočke. Nastaviti je zelo preprosto in takoj se boste začeli ukvarjati. Blynk vas bo na spletu pripravil na internet vaših stvari.

Oglejte si spletno mesto Blynk in sledite navodilom za nastavitev knjižnice Arduino Blynk.

Zgrabite Arduino program ArmBlynkMCU.ino, priložen tukaj. Opazili boste, da ima tri nize, ki jih je treba inicializirati. Zaenkrat jih lahko prezrete in se prepričajte, da lahko kodo sestavite in naložite takšno, kot je, v NodeMCU. Ta program boste morali naložiti v NodeMCU za naslednji korak umerjanja servo motorjev.

Korak 17: Robotski krmilnik Wi -Fi - kalibriranje servo motorjev

Plošča za zaščito motorja ESP-12E podpira neposredno priključitev modula NodeMCU. Previdno poravnajte in vstavite modul NodeMCU na ploščo ščita motorja. Štiri servomotorje priključite tudi na ščit, kot je prikazano. Upoštevajte, da so priključki polarizirani in morajo biti usmerjeni, kot je prikazano.

Koda NodeMCU, ki je bila naložena v zadnjem koraku, inicializira servomotorje v njihov položaj za umerjanje, kot je prikazano tukaj in obravnavano v dokumentaciji MeArm. Pritrditev servo ročic v pravilni orientaciji, medtem ko so servomotorji nastavljeni na njihov položaj za umerjanje, zagotavlja, da je za vsakega od štirih servomotorjev nastavljena ustrezna začetna točka, končna točka in obseg gibanja.

O porabi energije akumulatorja s servo motorji NodeMCU in MeArm:

Kabli akumulatorja morajo biti priključeni na vhodne sponke akumulatorja. Na ščitniku motorja je plastična tipka za vklop, ki aktivira vhod baterije. Majhen plastični mostiček se uporablja za usmerjanje napajanja v NodeMCU iz ščita motorja. Brez nameščenega mostičnega bloka se lahko NodeMCU napaja prek kabla USB. Ko je mostični blok nameščen (kot je prikazano), se baterija napaja v modul NodeMCU.

18. korak: Uporabniški vmesnik robotske roke - povežite se z Blynkom

Zdaj lahko aplikacijo Blynk konfiguriramo za krmiljenje servo motorjev.

Namestite aplikacijo Blyk na mobilno napravo iOS ali Android (pametni telefon ali tablični računalnik). Ko je nameščen, nastavite nov projekt Blynk s štirimi drsniki, kot je prikazano za krmiljenje štirih servo motorjev. Upoštevajte žeton pooblastila Blynk, ustvarjen za vaš novi projekt Blynk. Za lažje lepljenje ga lahko pošljete po e -pošti.

Uredite program ArmBlynkMCU.ino Arduino, da izpolnite tri nize:

• SSID Wi-Fi (za vašo dostopno točko Wi-Fi)
• Geslo za Wi-Fi (za vašo dostopno točko Wi-Fi)
• Žeton za avtorizacijo Blynk (iz vašega projekta Blynk)

Zdaj sestavite in naložite posodobljeno kodo, ki vsebuje tri nize.

Preverite, ali lahko štiri servo motorje premaknete prek Wi-Fi z drsniki na mobilni napravi.

Korak 19: Robotska roka - Mehanski sklop

Zdaj lahko nadaljujemo z mehansko montažo MeArma. Kot smo že omenili, je to lahko nekoliko zapleteno. Vzemite si čas in bodite potrpežljivi. Servo motorjev ne silite s silo.

Ne pozabite, da ta MeArm upravlja modul Wi-Fi NodeMCU, ki se precej razlikuje od prvotne plošče "možganov", obravnavane v dokumentaciji MeArm. Upoštevajte navodila za krmilnik, ki so predstavljena tukaj, in ne tistih v izvirni dokumentaciji podjetja MeArm.

Celotne podrobnosti o mehanski montaži najdete na tem spletnem mestu. Označeni so kot Build Guide for MeArm v1.0.

20. korak: Spletni viri za študij robotike

Vse več je spletnih tečajev robotike, knjig in drugih virov …

• Stanfordski tečaj: Uvod v robotiko
• Tečaj Columbia: Robotika
• Tečaj MIT: Nederakturirana robotika
• WikiKnjiga Robotika
• Tečaj robotike
• Učenje računalništva z roboti
• Robotika demistificirana
• Robotski mehanizmi
• Matematična robotska manipulacija
• Izobraževalni roboti z Lego NXT
• LEGO izobraževanje
• Rezalna robotska robotika
• Vgrajena robotika
• Avtonomni mobilni roboti
• Plezalni in sprehajalni roboti
• Roboti za plezanje in hojo Nove aplikacije
• Humanoidni roboti
• Robotsko orožje
• Robotski manipulatorji
• Napredek pri robotskih manipulatorjih
• AI robotika

Raziskovanje teh in drugih virov bo nenehno širilo vaše znanje o svetu robotike.

21. korak: Obliž za dosego robotike

Čestitamo! Če ste se v te projekte robotike vložili največ truda in napredovali v svojem znanju, bi morali priloženi obliž dosežkov nositi s ponosom. Naj svet ve, da ste mojster servomotorjev in senzorjev.

Korak: Hack the Planet

Upamo, da uživate v delavnici HackerBoxes Robotics. To in druge delavnice lahko kupite v spletni trgovini na naslovu HackerBoxes.com, kjer se lahko naročite tudi na mesečno naročnino na HackerBoxes in vsak mesec dostavite odlične projekte v svoj nabiralnik.

Prosimo, da svoj uspeh delite v spodnjih komentarjih in/ali v Facebook skupini HackerBoxes. Vsekakor nam sporočite, če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete pomoč pri čem. Hvala, ker ste bili del pustolovščine HackerBoxes. Naredimo nekaj odličnega!