Menimbang Robot / Robot 3 Roda / Robot STEM: 8 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Kami telah membina robot pengimbang gabungan dan roda 3 untuk penggunaan pendidikan di sekolah dan program pendidikan selepas sekolah. Robot itu didasarkan pada Arduino Uno, perisai khusus (semua butiran pembinaan disediakan), pek bateri Li Ion (semua butiran pembinaan disediakan) atau pek bateri 6xAA, MPU 6050, modul bluetooth BLE, modul ultrasonik (pilihan) dan servo untuk menggerakkan lengan. Terdapat juga bahan pendidikan yang luas yang siap digunakan di bilik kelas.

Dokumen yang dilampirkan adalah arahan yang diberikan kepada anak-anak untuk membina robot dalam beberapa langkah yang menyediakan pembelajaran pendidikan pada setiap langkah. Ini adalah dokumen yang diberikan kepada sekolah dan program selepas sekolah.

Terdapat 7 latihan yang boleh dilakukan sebelum sketsa robot balaning / roda 3 penuh dimuat naik. Setiap latihan menumpukan pada aspek robot tertentu, mis. sensor akerometer / giroskop, berinteraksi dengan aplikasi telefon pintar menggunakan bluetooth, sensor ultrasonik, servo dan lain-lain. Latihan disatukan ke dalam pembinaan fizikal robot, jadi apabila cukup robot telah dibangun untuk melakukan latihan, lakaran untuk latihan boleh dimuat naik dan dilakukan. Ini membantu memfokuskan keseronokan membina robot dengan pembelajaran pendidikan.

Telah diputuskan untuk menggunakan Arduino Uno kerana sangat umum dan digunakan di banyak tempat pendidikan. Kami juga telah menggunakan, selain perisai, modul standard dari rak yang tersedia. Casis dicetak 3D dan reka bentuknya terdapat di TinkerCAD.

Kami juga mendapati bahawa robot ini membantu memberi inspirasi dan memberi keyakinan kepada anak-anak untuk berfikir tentang membina ciptaan mereka sendiri dan tidak sukar untuk melakukannya.

Semua lakaran dikomen dengan baik dan pelajar yang lebih maju dapat mengubahsuai atau menulis lakaran mereka sendiri. Robot boleh membentuk platform umum untuk belajar mengenai Arduino dan elektronik.

Robot ini juga berfungsi dengan aplikasi "LOFI blocks" (https://lofiblocks.com/en/), sehingga anak-anak dapat menulis sendiri kod dalam lingkungan grafik yang serupa dengan SCRATCH.

Perhatikan video di atas menunjukkan model tanda 1, robot sekarang menggunakan aplikasi bluetooth RemoteXY (yang tersedia untuk kedua-dua peranti Andriod dan Apple), MPU 6050 kini terletak di perisai robot (bukan di gelangsar di bahagian bawah robot - walaupun anda masih boleh mencarinya di sana jika anda mahu) dan mempunyai sensor ultrasonik pilihan yang boleh dipasang ke pelindung.

Ucapan terima kasih:

(1) sudut nada dan kawalan PID berdasarkan perisian oleh Brokking:

(2) Aplikasi RemoteXY:

(3) Aplikasi LOFI Blocks dan LOFI Robot:

(4) senjata berdasarkan jjrobots:

(5) semua lakaran disimpan di Arduino Buat:

(6) Reka bentuk 3D disimpan di TinkerCAD:

Penafian: Bahan ini disediakan sebagaimana adanya, tanpa jaminan kebenaran atau sebaliknya dari bahan ini. Penggunaan aplikasi iPhone dan Android pihak ketiga yang disebutkan dalam dokumen ini adalah risiko pengguna sendiri. Robot boleh menggunakan bateri Lithium Ion, penggunaan bateri dan power pack adalah risiko pengguna sendiri. Penulis tidak bertanggung jawab atas kerugian yang dialami oleh mana-mana orang atau organisasi yang menggunakan bahan ini atau dari pembinaan atau penggunaan robot.

Langkah 1: Senarai Bahagian

Untuk membuat robot dari awal, ada banyak langkah dan memerlukan banyak masa dan perawatan. Anda memerlukan pencetak 3D, dan pandai membuat pematerian dan pembinaan litar elektron.

Bahagian yang diperlukan untuk membuat robot adalah:

(1) 3D mencetak sambungan chasis dan roda kastor

(2) Arduino Uno

(3) Bina perisai robot

(4) MPU 6050, modul Bluetooth AT9 BLE, modul ultrasonik pilihan (semua pasang ke perisai)

(5) servo SG90

(6) motor dan roda TT

(7) Bina pek kuasa (sama ada pek bateri 6xAA atau pek bateri Li Ion)

Fail yang dilampirkan menerangkan bagaimana memperoleh dan membina semua bahagian kecuali pek kuasa Li Ion dan perisai robot, yang diliputi dalam langkah-langkah berikutnya.

Langkah 2: Perisai Robot

Reka bentuk PCB untuk pelindung robot dilakukan di Fritzing, dilampirkan adalah fail Fritzing jika anda ingin mengubah reka bentuknya.

Dilampirkan juga fail gerber untuk perisai PCB, anda boleh menghantar fail-fail ini ke pembuat PCB untuk mereka mengeluarkan perisai.

Sebagai contoh, pengeluar berikut boleh membuat 10 papan PCB dengan harga lebih kurang $ 5 + pos:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

Dilampirkan juga dokumen pembuatan untuk perisai.

Langkah 3: Pek Kuasa

Anda boleh membina pek bateri 6xAA atau pek bateri Li Ion untuk robot. Arahan untuk kedua-duanya dilampirkan.

Pek bateri AA jauh lebih senang dibina. Namun bateri hanya bertahan sekitar 20/30 minit sebelum perlu diganti. Servo juga tidak dapat digunakan dengan pek bateri AA sehingga tidak ada lengan yang bergerak.

Pek bateri Li Ion dapat diisi semula dan bertahan lebih kurang 60 minit antara pengisian (bergantung pada kapasiti bateri yang digunakan). Walau bagaimanapun, pek bateri Li Ion lebih sukar dibina dan menggunakan bateri Li Ion, bateri Li Ion perlu dikendalikan dengan berhati-hati.

Pek bateri Li Ion merangkumi litar perlindungan, yang melindungi bateri dari pengecasan berlebihan dan tidak terhad dan menghadkan arus maksimum hingga 4 Amps. Ia juga menggunakan modul pengecasan Li Ion.

Anda boleh menggunakan pek bateri Li Ion yang mempunyai output sekitar 7.2 volt, tetapi anda perlu membuat kabel dengan palam perisai robot yang sesuai.

Beritahu saya jika anda mempunyai pek kuasa alternatif yang baik. Sebab mengapa saya membuat paket Li Ion ini adalah kerana ia menggunakan satu sel Li Ion yang bermaksud ia agak kecil dan boleh dicas dari mana-mana pengecas USB mikro atau dari mana-mana port USB termasuk komputer. Pek kuasa Li Ion yang saya lihat sekitar 7.2 volt menggunakan 2 sel dan memerlukan pengecas khas, yang meningkatkan kos dan tidak semestinya dicas.

Sekiranya anda memilih untuk membina pek bateri Li Ion (atau menggunakan pek bateri Li Ion), anda harus menyedari masalah keselamatan dengan bateri tersebut, mis.

Langkah 4: Latihan dan Sketsa Robot

Sebaik sahaja anda memperoleh semua bahagian, semasa anda membina robot, anda boleh melakukan latihan pengaturcaraan sepanjang masa jika anda mahu. Latihan-latihan ini beserta penjelasannya terdapat di Arduino Create - pautan di bawah membawa anda ke latihan Arduino Buat - anda kemudian boleh membuka dan menyimpan latihan dalam log masuk Arduino Create anda.

Untuk memuat naik lakaran ke robot pastikan telefon anda tidak disambungkan ke robot dengan Bluetooth - sambungan Bluetooth menghalang muat naik berlaku. Walaupun umumnya tidak diperlukan, pin untuk modul Bluetooth adalah 123456.

Latihan 3, 5 dan 7 menggunakan aplikasi telefon pintar "robot LOFI" (atau aplikasi "BLE joystick" - walaupun aplikasi ini tidak selalu berfungsi dengan peranti Apple).

Latihan 8 (lakaran robot penuh) menggunakan aplikasi telefon pintar "RemoteXY" untuk mengawal robot.

Sketsa LOFI Blocks menggunakan aplikasi "LOFI Blocks". (perhatikan aplikasi ini berfungsi paling baik pada peranti Apple).

Ketika anda memuatkan latihan ke Arduino Create, selain sketsa arduino, ada sejumlah tab lain yang memberikan informasi mengenai latihan tersebut.

Latihan 1: Asas Arduino –kedipkan LED pada perisai kawalan robot merah dan hijau. Anda boleh melakukan latihan ini selepas Langkah (3) dalam pembinaan.

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

Latihan 2: Sensor Giro - membiasakan diri dengan gryos dan pecutan. Anda boleh melakukan latihan ini selepas Langkah (4) dalam pembinaan. Anda perlu menggunakan "Serial Monitor", dengan tingkat baud ditetapkan ke 115200.

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

Latihan 3: Pautan Bluetooth - buat pautan Bluetooth, gunakan aplikasi telefon pintar untuk menghidupkan dan mematikan LED pada perisai kawalan robot. Anda boleh melakukan latihan ini selepas Langkah (5) dalam pembinaan.

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

Latihan 4: Sensor jarak ultrasonik (pilihan) - membiasakan diri dengan sensor ultrasonik. Anda boleh melakukan latihan ini selepas Langkah (5) dalam pembinaan. Anda perlu menggunakan "Serial Monitor", dengan tingkat baud ditetapkan ke 115200.

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

Latihan 5: Mekanisme servo - membiasakan diri dengan mekanisme servo dan menggerakkan lengan, gunakan aplikasi telefon pintar untuk mengawal sudut lengan servo. Anda boleh melakukan latihan ini selepas Langkah (8) dalam pembinaan. Anda perlu menggunakan "Serial Monitor", dengan tingkat baud ditetapkan ke 115200.

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

Latihan 6: Motor penggerak - membiasakan diri dengan motor, jalankan motor pemacu ke hadapan dan ke belakang. Memerlukan bateri dihidupkan. Anda perlu menggunakan "Serial Monitor", dengan tingkat baud ditetapkan ke 115200.

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

Latihan 7: Kereta Asas - membina sebuah kereta roda tiga yang mudah (robot dengan lampiran roda ke-3), kami menggunakan aplikasi telefon pintar untuk mengawal kereta. Juga menggunakan sensor ultrasonik untuk mengikuti tangan anda. Anda boleh melakukan ini pada titik yang sama dalam pembinaan seperti di atas. Memerlukan bateri dihidupkan dan masukkan lampiran roda ke-3.

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

Latihan 8: Robot pengimbangan penuh - kod untuk robot pengimbang penuh / roda tiga. Gunakan aplikasi telefon pintar "RemoteXY" untuk mengawal robot.

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

LOFI Blocks Sketch - untuk menggunakan aplikasi "LOFI Blocks" muat naik lakaran ini ke dalam robot. Anda kemudian boleh memprogram robot menggunakan aplikasi "LOFI Blocks" yang menggunakan blok pengaturcaraan yang serupa dengan SCRATCH.

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

Latihan 9: Robot Line Tracing. Adalah mungkin untuk menambahkan dua sensor penjejak garis, dan menggunakan palam ultrasonik untuk menyambungkan sensor penjejakan garis ke robot. Perhatikan, sensor disambungkan ke pin digital D2 dan D8.

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

Latihan 10: Kawalan Bluetooth. Menggunakan Bluetooth dan aplikasi telefon (RemoteXY) untuk mengawal LED robot dan mekanisme servo. Dalam latihan ini pelajar belajar tentang Bluetooth, bagaimana menggunakan aplikasi telefon untuk mengawal perkara dunia nyata dan belajar mengenai LED dan mekanisme servo.

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

Langkah 5: Mengimbangkan Matematik Robot dan Struktur Program

Fail yang dilampirkan memberikan gambaran keseluruhan matematik dan struktur perisian bahagian robot yang seimbang.

Matematik di sebalik robot pengimbang lebih mudah dan menarik daripada yang anda fikirkan.

Bagi pelajar sekolah yang lebih maju adalah mungkin untuk menghubungkan matematik robot pengimbang, dengan kajian matematik dan fizik yang mereka lakukan di sekolah menengah.

Dalam matematik robot boleh digunakan untuk menunjukkan bagaimana trigometri, pembezaan dan integrasi diterapkan di dunia nyata. Kod menunjukkan bagaimana pembezaan dan integrasi dikira secara berangka oleh komputer, dan kami mendapati bahawa pelajar mendapat pemahaman yang lebih mendalam mengenai konsep ini.

Dalam fiscis, akselerometer dan giroskop memberikan gambaran mengenai undang-undang gerakan, dan pemahaman praktikal mengenai perkara-perkara seperti mengapa pengukuran akselerometer bising dan bagaimana mengurangkan batasan dunia nyata seperti itu.

Pemahaman ini boleh membawa kepada perbincangan lebih lanjut misalnya, kawalan PID dan pemahaman intuatif mengenai algorthms maklum balas.

Adalah mungkin untuk memasukkan struktur robot ini ke dalam kurikulum sekolah, atau bersama dengan program selepas sekolah, dari pelajar sekolah rendah hingga sekolah menengah.

Langkah 6: Aksesori Kamera Streaming Video

Kami telah membuat kamera video berasaskan raspberry PI yang boleh dipasang pada sambungan roda kastor ke robot. Adakah menggunakan WiFi untuk menghantar aliran video streaming ke penyemak imbas web.

Ia menggunakan bekalan kuasa yang terpisah untuk robot dan merupakan modul yang berdiri sendiri.

Fail tersebut memberikan perincian pembuatan.

Sebagai alternatif, kamera penstriman video mandiri lain seperti Quelima SQ13 dapat dilekatkan pada sambungan roda kastor, misalnya:

Langkah 7: Menggunakan Motor N20 dan bukannya TT Motors

Adalah mungkin untuk menggunakan motor N20 dan bukannya motor TT.

Robot berjalan lebih lancar dan berjalan lebih pantas dengan motor N20.

Motor N20 yang saya gunakan ialah motor N20 3V, 250rpm, mis.

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

Motor N20 tidak sekuat dan tidak tahan lama, mungkin 5-10 jam penggunaan.

Motor N20 menghendaki anda mencetak 3D pelekap motor N20, dan ada sisipan roda untuk membolehkan roda motor TT sesuai dengan poros paksi motor N20.

Pemasangan motor N20 boleh didapati dengan mencari "balrobot" di galeri tinkerCAD.