Bengkel Robotik HackerBoxes: 22 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:12

Bengkel Robotik HackerBoxes dirancang untuk memberikan pengenalan yang sangat mencabar tetapi menyeronokkan kepada sistem robot DIY dan juga elektronik penggemar pada umumnya. Bengkel Robotik dirancang untuk mendedahkan peserta kepada Topik dan Objektif Pembelajaran yang penting ini:

• Robot berjalan
• Perhimpunan yang diarahkan untuk menyelaraskan gerakan
• Projek elektronik pematerian
• Gambarajah litar skematik
• Sensor optik untuk stereng dan navigasi autonomi
• Litar kawalan gelung tertutup analog
• Pengaturcaraan Arduino
• Pemproses RISC terbenam NodeMCU
• Wi-Fi dalam sistem pemproses tertanam
• Kawalan IoT menggunakan platform Blyk
• Pendawaian dan kalibrasi motor servo
• Perpaduan robotik dan penyatuan kawalan yang kompleks

HackerBoxes adalah perkhidmatan kotak langganan bulanan untuk elektronik dan teknologi komputer DIY. Kami adalah pembuat, penggemar hobi, dan eksperimen. Sekiranya anda ingin membeli Bengkel HackerBoxes atau menerima kotak langganan kejutan HackerBoxes projek elektronik hebat dalam surat setiap bulan, sila kunjungi kami di HackerBoxes.com dan sertai revolusi.

Projek di Bengkel HackerBox dan juga di langganan bulanan HackerBoxes tidak sesuai untuk pemula. Mereka biasanya memerlukan pendedahan elektronik DIY sebelumnya, kemahiran pematerian asas, dan keselesaan bekerja dengan mikrokontroler, platform komputer, ciri sistem operasi, perpustakaan fungsi, dan pengekodan program sederhana. Kami juga menggunakan semua alat hobi khas untuk membina, menyahpepijat, dan menguji projek elektronik DIY.

Hack Planet!

Langkah 1: Kandungan Bengkel

• Kit RoboSpider
• Garis Otonomi Mengikuti Kit Robot
• Pengawal Wi-Fi Arduino Robotic Arm
• Kit Lengan MeArm Robotik
• Patch Pencapaian Robotik

Item tambahan yang mungkin bermanfaat:

• Tujuh Bateri AA
• Alat Pematerian Asas
• Komputer untuk menjalankan Arduino IDE

Item tambahan yang sangat penting yang kita perlukan adalah rasa pengembaraan, semangat DIY, dan rasa ingin tahu penggodam. Memulakan sebarang pengembaraan sebagai pembuat dan pencipta boleh menjadi cabaran yang menarik. Khususnya, jenis hobi elektronik ini tidak semestinya mudah, tetapi apabila anda bertahan dan menikmati pengembaraan, kepuasan yang banyak mungkin diperoleh daripada ketekunan dan memikirkan semuanya!

Langkah 2: RoboSpider

Bina RoboSpider anda sendiri dengan kit robot ini. Ia mempunyai lapan kaki berbilang sendi yang menduplikasi pergerakan berjalan labah-labah sebenar. Periksa bahagian kit untuk mengesahkan 71 keping yang ditunjukkan di sini. Bolehkah anda meneka apa yang digunakan setiap bahagian dalam reka bentuk RoboSpider?

Langkah 3: RoboSpider - Pendawaian

Mula-mula memasang wayar motor dan bateri untuk RoboSpider. Kabel boleh dipusingkan ke terminal bateri seperti yang ditunjukkan dalam arahan. Walau bagaimanapun, wayar juga boleh dipasang dengan betul jika anda mahu.

Langkah 4: RoboSpider - Pemasangan Mekanikal

Pemasangan gear yang sangat menarik dibentuk untuk setiap sepasang kaki. Setiap RoboSpider mempunyai empat pemasangan dua kaki masing-masing untuk menyelaraskan pergerakan lapan kaki labah-labah yang terpisah. Perhatikan bagaimana perlengkapan disediakan untuk membantu penyelarasan roda gigi.

Sisa RoboSpider dapat dipasang seperti yang ditunjukkan dalam arahan. Jenis dinamika berjalan apa yang dipamerkan oleh RoboSpider ini?

Langkah 5: Mari Bersedia untuk Memateri

Pematerian adalah proses di mana dua atau lebih barang logam (selalunya wayar atau plumbum) disatukan dengan mencairkan logam pengisi yang disebut pateri ke dalam sendi antara barang-barang logam. Pelbagai jenis alat pematerian tersedia. HackerBoxes Starter Workship merangkumi satu set alat asas yang bagus untuk menyolder elektronik kecil:

• Besi pematerian
• Petua Penggantian
• Papan Pemateri Pateri
• Pembersih Petua Soldering Iron
• Pateri
• Sihir Desoldering

Sekiranya anda baru menggunakan solder, terdapat banyak panduan dan video hebat dalam talian mengenai pematerian. Berikut adalah satu contoh. Sekiranya anda merasa memerlukan bantuan tambahan, cuba cari kumpulan pembuat atau penggodam tempatan di kawasan anda. Juga, kelab radio amatur selalu menjadi sumber pengalaman elektronik yang sangat baik.

Pakai cermin mata keselamatan semasa memateri

Anda juga ingin mempunyai alkohol dan sapu Isopropil untuk membersihkan sisa fluks kecoklatan yang tertinggal pada sendi pateri anda. Sekiranya dibiarkan di tempat, sisa ini akhirnya akan menghakis logam dalam sambungan.

Akhirnya, anda mungkin ingin melihat buku komik "Soldering is Easy" dari Mitch Altman.

Langkah 6: Garis Mengikuti Robot

Robot Line Follow (aka Line Tracing) boleh mengikuti garis hitam tebal yang dilukis di permukaan putih. Garisnya hendaklah setebal 15mm.

Langkah 7: Robot Mengikuti Garis - Skematik dan Komponen

Bahagian untuk robot berikut dan rajah litar skematik ditunjukkan di sini. Cuba kenal pasti semua bahagian. Semasa mengkaji teori operasi di bawah, lihat apakah anda dapat mengetahui tujuan setiap bahagian tersebut dan mungkin juga mengapa nilainya dinyatakan sedemikian. Mencuba "membuat jurutera terbalik" litar yang ada adalah kaedah terbaik untuk belajar bagaimana merancang sendiri.

Teori Operasi:

Di setiap sisi garis, LED (D4 dan D5) digunakan untuk memproyeksikan titik cahaya ke permukaan di bawah. LED bawah ini mempunyai lensa yang jelas untuk membentuk sinar cahaya yang diarahkan berbanding dengan sinar yang tersebar. Bergantung pada permukaan di bawah LED yang berwarna putih atau hitam, jumlah cahaya yang berbeza akan memantulkan kembali ke fotoresistor yang sesuai (D13 dan D14). Tiub hitam di sekitar fotoresistor membantu memfokuskan daya pantulan terus ke sensor. Isyarat fotoresistor dibandingkan dalam cip LM393 untuk menentukan sama ada robot harus terus lurus ke depan atau harus dipusingkan. Perhatikan bahawa dua pembanding dalam LM393 mempunyai isyarat input yang sama, tetapi isyarat berorientasikan sebaliknya.

Memusingkan robot dilakukan dengan menghidupkan motor DC (M1 atau M2) di bahagian luar giliran sambil meninggalkan motor ke arah dalam giliran dalam keadaan mati. Motor dihidupkan dan dimatikan menggunakan transistor pemacu pemacu (Q1 dan Q2). LED merah yang dipasang di atas (D1 dan D2) menunjukkan kepada kita motor mana yang dihidupkan pada waktu tertentu. Mekanisme stereng ini adalah contoh kawalan gelung tertutup dan memberikan panduan penyesuaian yang cepat untuk mengemas kini lintasan robot dengan cara yang sangat mudah tetapi berkesan.

Langkah 8: Garis Mengikuti Robot - Perintang

Perintang adalah komponen elektrik pasif dua terminal yang melaksanakan rintangan elektrik sebagai elemen litar. Dalam litar elektronik, perintang digunakan untuk mengurangkan aliran arus, menyesuaikan tahap isyarat, membahagi voltan, unsur aktif bias, dan menghentikan talian penghantaran, antara kegunaan lain. Perintang adalah elemen biasa rangkaian elektrik dan litar elektronik dan terdapat di mana-mana peralatan elektronik.

Garis kit robot berikut merangkumi empat nilai perintang paksi, lubang melalui lubang yang mempunyai jalur kod warna seperti yang ditunjukkan:

• 10 ohm: coklat, hitam, hitam, emas
• 51 ohm: hijau, coklat, hitam, emas
• 1K ohm: coklat, hitam, hitam, coklat
• 3.3K ohm: oren, oren, hitam, coklat

Perintang harus dimasukkan dari bahagian atas papan litar bercetak (PCB) seperti yang digambarkan dan kemudian disolder dari bawah. Sudah tentu, nilai perintang yang betul mesti dimasukkan ditunjukkan, ia tidak boleh ditukar ganti. Walau bagaimanapun, perintang tidak terpolarisasi dan mungkin dimasukkan ke kedua-dua arah.

Langkah 9: Garis Mengikuti Robot - Komponen yang Sisa

Unsur litar lain, seperti yang ditunjukkan di sini, boleh dimasukkan dari bahagian atas PCB dan disolder di bawah, sama seperti perintang.

Perhatikan bahawa empat komponen sensor cahaya sebenarnya dimasukkan dari bahagian bawah PCB. Selak panjang dimasukkan di antara komponen sensor cahaya dan diikat dengan mur terbuka. Kemudian kacang tutup bulat boleh diletakkan di hujung baut sebagai peluncur halus.

Tidak seperti perintang, beberapa komponen lain terpolarisasi:

Transistor mempunyai sisi rata dan sisi separa bulat. Apabila mereka dimasukkan ke dalam PCB, pastikan ini sesuai dengan tanda skrin sutera putih pada PCB.

LED mempunyai plumbum panjang dan plumbum yang lebih pendek. Pimpin panjang harus dipadankan dengan terminal + seperti yang ditunjukkan pada layar sutera.

Kapasitor elektrolitik berbentuk tin mempunyai penunjuk terminal negatif (biasanya jalur putih) turun di satu sisi tin. Prospek di sisi itu adalah petunjuk negatif dan yang lain adalah positif. Ini mesti dimasukkan ke dalam PCB mengikut petunjuk penunjuk pada skrin sutera.

Cip 8-pin, soketnya, dan layar sutera PCB untuk memasukkannya, semuanya mempunyai penunjuk separa bulat di satu hujungnya. Ini mesti dibariskan untuk ketiga-tiganya. Soket harus disolder ke PCB dan cip tidak boleh dimasukkan ke soket sehingga pematerian selesai dan disejukkan. Walaupun cip boleh disisipkan secara langsung ke dalam PCB, seseorang mesti sangat cepat dan berhati-hati ketika melakukannya. Kami mengesyorkan menggunakan soket apabila boleh.

Langkah 10: Garis Mengikuti Robot - Pek Bateri

Lapisan pita dua sisi yang nipis boleh dikupas untuk melekatkan pek bateri. Sumbatnya boleh dimasukkan melalui PCB dan disolder di bawah. Lebar wayar mungkin berguna untuk menyolder motor.

Langkah 11: Garis Mengikuti Robot - Motor

Tali untuk motor boleh disolder ke bantalan di bahagian bawah PCB seperti yang ditunjukkan. Setelah penyisipan dipateri, lapisan atas nipis dari pita dua sisi boleh dikeluarkan untuk melekatkan motor ke PCB.

Langkah 12: Garis Mengikuti Robot - Tonton Pergi

Garis berikut robot adalah kegembiraan untuk ditonton. Masukkan beberapa sel bateri AA dan biarkan merobek.

Sekiranya perlu, potensiometer perapi dapat diselaraskan untuk memperbaiki pengesanan tepi robot.

Sekiranya terdapat masalah "tingkah laku" lain dengan robot, ada baiknya untuk memeriksa penjajaran empat komponen sensor bawah dan terutama tiub hitam di sekitar fotoresistor.

Akhir sekali, pastikan anda menggunakan bateri segar. Kami melihat prestasi yang tidak menentu apabila bateri habis.

Langkah 13: Lengan Robotik Dari MeArm

MeArm Robot Arm dikembangkan untuk menjadi alat pembelajaran paling mudah diakses di dunia dan lengan robot terkecil dan paling keren. MeArm hadir sebagai kit lengan robot paket rata yang terdiri daripada kepingan akrilik potong laser dan servo mikro. Anda boleh membuatnya dengan pemutar skru dan semangat. Ini telah digambarkan sebagai "Projek Arduino Sempurna untuk Pemula" oleh laman web Lifehacker. MeArm adalah reka bentuk yang hebat dan sangat menyeronokkan, tetapi pasti sedikit sukar untuk dipasang. Luangkan masa anda dan bersabar. Jangan sesekali memaksa motor servo. Melakukannya boleh merosakkan gear plastik kecil di dalam servo.

MeArm di bengkel ini dikendalikan dari aplikasi telefon pintar atau tablet menggunakan modul Wi-Fi NodeMCU yang disesuaikan dengan platform pengembangan Arduino. Mekanisme kawalan baru ini sangat berbeza dengan papan "otak" asal yang dibincangkan dalam dokumentasi MeArm, jadi pastikan anda mengikuti arahan untuk pengawal yang disajikan di sini dan bukan yang terdapat dalam dokumentasi asal dari MeArm. Perincian mekanikal mengenai pemasangan komponen akrilik MeArm dan motor servo tetap sama.

Langkah 14: Pengawal Wi-Fi Lengan Robotik - Siapkan Arduino untuk NodeMCU

NodeMCU adalah platform sumber terbuka berdasarkan cip ESP8266. Cip ini merangkumi pemproses RISC 32-bit yang berjalan pada 80 MHz, Wi-Fi (IEEE 802.11 b / g / n), RAM Memory, Flash Memory, dan 16 I / O pin.

Perkakasan pengawal kami berdasarkan modul ESP-12 yang ditunjukkan di sini yang merangkumi cip ESP8266 beserta sokongan rangkaian Wi-Fi yang disertakan.

Arduino adalah platform elektronik sumber terbuka berdasarkan perkakasan dan perisian yang mudah digunakan. Ini bertujuan untuk sesiapa sahaja yang membuat projek interaktif. Walaupun platform Arduino pada umumnya menggunakan mikrokontroler Atmel AVR, penyesuai boleh berfungsi dengan mikrokontroler lain, termasuk ESP8266 kami.

Untuk memulakan, anda perlu memastikan Arduino IDE dipasang pada komputer anda. Sekiranya anda tidak memasang IDE, anda boleh memuat turunnya secara percuma (www.arduino.cc).

Anda juga memerlukan pemacu untuk Sistem Operasi (OS) komputer anda untuk mengakses cip Serial-USB yang sesuai pada modul NodeMCU yang anda gunakan. Pada masa ini kebanyakan modul NodeMCU merangkumi cip CH340 Serial-USB. Pengilang cip CH340 (WCH.cn) mempunyai pemacu yang tersedia untuk semua sistem operasi yang popular. Sebaiknya gunakan halaman terjemahan Google untuk laman web mereka.

Sebaik sahaja kita memasang Arduino IDE dan pemacu OS dipasang untuk cip antara muka USB, kita perlu memperluas Ardino IDE untuk digunakan beroperasi dengan cip ESP8266. Jalankan IDE, masuk ke dalam pilihan, dan cari medan untuk memasukkan "URL Pengurus Papan Tambahan"

Untuk memasang Pengurus Papan untuk ESP8266, tampal URL ini:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Selepas memasang, tutup IDE dan kemudian mulakannya semula.

Sekarang sambungkan modul NodeMCU ke komputer anda menggunakan kabel microUSB.

Pilih jenis papan dalam Arduino IDE sebagai NodeMCU 1.0

Berikut adalah instruksional yang membahas proses persediaan untuk Arduino NodeMCU menggunakan beberapa contoh aplikasi yang berbeza. Agak tersasar dari objektif di sini, tetapi mungkin berguna untuk melihat sudut pandang lain jika anda buntu.

Langkah 15: Pengawal Wi-Fi Lengan Robotik - Hack Program NodeMCU Pertama Anda

Setiap kali kami menyambungkan perkakasan baru atau memasang alat perisian baru, kami ingin memastikannya berfungsi dengan mencuba sesuatu yang sangat mudah. Pengaturcara sering menyebutnya sebagai program "hello world". Untuk perkakasan terbenam (apa yang kita lakukan di sini) "dunia hello" biasanya mengedipkan LED (diod pemancar cahaya).

Nasib baik, NodeMCU mempunyai LED terbina dalam yang dapat kita kelipkan. Juga, Arduino IDE mempunyai contoh program untuk LED berkedip.

Di dalam Arduino IDE, buka contoh yang disebut berkedip. Sekiranya anda memeriksa kod ini dengan teliti, anda dapat melihat bahawa kod ini bertukar giliran pin 13 tinggi dan rendah. Pada papan Arduino yang asal, LED pengguna berada pada pin 13. Walau bagaimanapun, LED NodeMCU berada pada pin 16. Oleh itu, kita dapat mengedit program blink.ino untuk mengubah setiap rujukan ke pin 13 hingga pin 16. Kemudian kita dapat menyusun program dan muat naik ke modul NodeMCU. Ini mungkin memerlukan beberapa percubaan dan mungkin memerlukan pengesahan pemacu USB dan memeriksa semula tetapan papan dan port di IDE. Luangkan masa anda dan bersabar.

Setelah program memuat naik dengan betul, IDE akan mengatakan "muat naik selesai" dan LED akan mula berkelip. Lihat apa yang berlaku jika anda mengubah panjang fungsi delay () di dalam program dan kemudian memuat naiknya semula. Adakah itu yang anda harapkan. Sekiranya demikian, anda telah menggodam kod terbenam pertama anda. Tahniah!

Langkah 16: Pengawal Wi-Fi Lengan Robotik - Contoh Kod Perisian

Blynk (www.blynk.cc) adalah Platform yang merangkumi aplikasi iOS dan Android untuk mengawal Arduino, Raspberry Pi, dan perkakasan lain melalui Internet. Ia adalah papan pemuka digital di mana anda boleh membina antara muka grafik untuk projek anda dengan hanya menyeret dan melepaskan widget. Sangat mudah untuk mengatur semuanya dan anda akan mula bermain-main dengan segera. Blynk akan membuat anda dalam talian dan bersedia untuk Internet Perkara Anda.

Lihat laman web Blynk dan ikuti arahan untuk menubuhkan Perpustakaan Arduino Blynk.

Dapatkan program ArmBlynkMCU.ino Arduino yang dilampirkan di sini. Anda akan melihat bahawa ia mempunyai tiga rentetan yang perlu diinisialisasi. Anda boleh mengabaikannya buat masa ini dan pastikan anda dapat menyusun dan memuat naik kodnya seperti ke NodeMCU. Anda memerlukan program ini dimuat ke NodeMCU untuk langkah seterusnya mengkalibrasi motor servo.

Langkah 17: Pengawal Wi-Fi Lengan Robotik - Mengkalibrasi Servo Motor

Papan pelindung motor ESP-12E menyokong secara langsung memasang modul NodeMCU. Beratur dengan teliti dan masukkan modul NodeMCU ke papan pelindung motor. Sambungkan juga empat servo ke perisai seperti yang ditunjukkan. Perhatikan bahawa penyambungnya terpolarisasi dan mesti berorientasikan seperti yang ditunjukkan.

Kod NodeMCU yang dimuat pada langkah terakhir memulakan servo ke kedudukan penentukurannya seperti yang ditunjukkan di sini dan dibincangkan dalam dokumentasi MeArm. Melekatkan lengan servo pada orientasi yang betul semasa servo diatur ke kedudukan penentukurannya memastikan bahawa titik permulaan, titik akhir, dan julat gerakan yang betul dikonfigurasikan untuk setiap empat servo.

Mengenai penggunaan kuasa bateri dengan motor servo NodeMCU dan MeArm:

Sambungan bateri hendaklah disambungkan ke terminal skru input bateri. Terdapat butang kuasa plastik pada pelindung motor untuk mengaktifkan bekalan input bateri. Blok pelompat plastik kecil digunakan untuk mengalirkan kuasa ke NodeMCU dari pelindung motor. Tanpa blok jumper dipasang, NodeMCU dapat menghidupkannya sendiri dari kabel USB. Dengan blok jumper dipasang (seperti yang ditunjukkan), kuasa bateri disalurkan ke modul NodeMCU.

Langkah 18: Muka Pengguna Lengan Robotik - Bersepadu dengan Blynk

Kita sekarang boleh mengkonfigurasi aplikasi Blynk untuk mengawal motor servo.

Pasang aplikasi Blyk pada peranti mudah alih iOS atau Android anda (telefon pintar atau komputer tablet). Setelah dipasang, siapkan projek Blynk baru yang mempunyai empat slider seperti yang ditunjukkan untuk mengawal empat motor servo. Perhatikan token kebenaran Blynk yang dihasilkan untuk projek Blynk baru anda. Anda boleh menghantarnya melalui e-mel kepada anda untuk kemudahan menampal.

Edit program ArmBlynkMCU.ino Arduino untuk mengisi tiga rentetan:

• Wi-Fi SSID (untuk titik akses Wi-Fi anda)
• Kata Laluan Wi-Fi (untuk titik akses Wi-Fi anda)
• Token Pengesahan Blynk (dari projek Blynk anda)

Sekarang kumpulkan dan muat naik kod yang dikemas kini yang mengandungi tiga rentetan.

Sahkan bahawa anda boleh menggerakkan empat motor servo melalui Wi-Fi menggunakan slaid pada peranti mudah alih anda.

Langkah 19: Lengan Robotik - Pemasangan Mekanikal

Kita sekarang boleh meneruskan pemasangan mekanikal MeArm. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, ini boleh menjadi sedikit rumit. Luangkan masa anda dan bersabar. Cuba jangan memaksa motor servo.

Ingat bahawa MeArm ini dikendalikan oleh modul Wi-Fi NodeMCU yang sangat berbeza dengan papan "otak" asal yang dibincangkan dalam dokumentasi MeArm. Pastikan anda mengikuti arahan untuk pengawal yang ditunjukkan di sini dan bukan yang terdapat dalam dokumentasi asal dari MeArm.

Perincian pemasangan mekanikal yang lengkap boleh didapati di laman web ini. Mereka dilabel sebagai Panduan Membangun untuk MeArm v1.0.

Langkah 20: Sumber Dalam Talian untuk Mempelajari Robotik

Terdapat banyak kursus robotik dalam talian, buku, dan sumber lain …

• Kursus Stanford: Pengenalan Robotik
• Kursus Columbia: Robotik
• Kursus MIT: Robotik Tidak Aktif
• Buku Wiki Robotik
• Perisian Kursus Robotik
• Belajar Berkomputer dengan Robot
• Robotik Tidak Dinyatakan
• Mekanisme Robot
• Manipulasi Robotik Matematik
• Robot Pendidikan dengan Lego NXT
• Pendidikan LEGO
• Robotik Canggih
• Robotik Tertanam
• Robot Mudah Alih Autonomi
• Robot Mendaki dan Berjalan
• Aplikasi Mendaki dan Berjalan Robot Baru
• Robot Humanoid
• Senjata Robot
• Manipulator Robot
• Kemajuan dalam Robot Manipulators
• Robotik AI

Meneroka ini, dan lain-lain, sumber akan terus meningkatkan pengetahuan anda mengenai dunia robotik.

Langkah 21: Patch Acheivement Robotik

Tahniah! Sekiranya anda telah berusaha sedaya upaya dalam projek robotik ini dan meningkatkan pengetahuan anda, anda harus memakai patch pencapaian yang disertakan dengan bangga. Biarkan dunia tahu bahawa anda adalah penguasa servos dan sensor.

Langkah 22: Hack Planet

Kami harap anda menikmati Bengkel Robotik HackerBoxes. Ini dan bengkel lain boleh dibeli dari kedai dalam talian di HackerBoxes.com di mana anda juga boleh melanggan kotak langganan HackerBoxes bulanan dan mempunyai projek hebat dihantar terus ke peti mel anda setiap bulan.

Sila kongsi kejayaan anda dalam komen di bawah dan / atau di Kumpulan Facebook HackerBoxes. Pasti beritahu kami jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau memerlukan bantuan mengenai apa sahaja. Terima kasih kerana menjadi sebahagian daripada pengembaraan HackerBoxes. Mari buat sesuatu yang hebat!