Tasakaalustav robot / kolmerattaline robot / STEM -robot: 8 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Oleme ehitanud kombineeritud tasakaalustus- ja kolmerattalise roboti koolides ja koolijärgsetes haridusprogrammides kasutamiseks. Robot põhineb Arduino Unol, kohandatud kilbil (kõik ehitusdetailid on kaasas), Li -ioonakul (kõik ehitusdetailid on kaasas) või 6xAA akupakil, MPU 6050, BLE bluetooth moodulil, ultrahelimoodulil (valikuline)) ja servo käe liigutamiseks. Klassiruumides on saadaval ka ulatuslik õppematerjal.

Lisatud dokument on lastele antud juhised roboti ehitamiseks mitmes etapis, mis pakuvad harivat õppimist igal sammul. See on dokument, mis antakse koolidele ja pärast kooliprogramme.

Enne täieliku tasakaalustamise / kolmerattalise roboti visandi üleslaadimist saab teha 7 harjutust. Iga harjutus keskendub konkreetsele roboti aspektile, nt. akeromeeter/güroskoobi andur, suheldes nutitelefonirakendusega, kasutades Bluetoothi, ultrasooniline andur, servo jne. harjutuse eskiisi saab üles laadida ja teha. See aitab keskenduda roboti ehitamise lõbule hariva õppega.

Otsustati kasutada Arduino Unot, kuna see on äärmiselt levinud ja seda kasutatakse paljudes haridusasutustes. Lisaks kilbile oleme kasutanud ka standardseid riiulimooduleid, mis on kergesti kättesaadavad. Šassii on 3D -trükitud ja disain saadaval TinkerCADis.

Samuti oleme avastanud, et see robot aitab lastel inspireerida ja pakkuda neile enesekindlust, et nad mõtleksid oma loomingu loomisele ja et seda pole raske teha.

Kõik visandid on hästi kommenteeritud ja edasijõudnud õpilased saavad oma visandeid muuta või kirjutada. Robot võib moodustada üldise platvormi Arduino ja elektroonika tundmaõppimiseks.

Robot töötab ka rakendusega "LOFI plokid" (https://lofiblocks.com/en/), nii et lapsed saavad sinna kirjutada oma koodi SCRATCH -iga sarnases graafilises keskkonnas.

Pange tähele, et ülaltoodud video näitab märgi 1 mudelit, robot kasutab nüüd Bluetoothi rakendust RemoteXY (mis on saadaval nii Andriodi kui ka Apple'i seadmete jaoks), MPU 6050 asub nüüd robotikilbil (mitte liuguril seadme allosas) robot - kuigi saate selle siiski soovi korral sealt leida) ja sellel on lisavarustusse kuuluv ultraheliandur, mille saab kilbi külge ühendada.

Tänuavaldused:

(1) kõrguse nurk ja PID -juhtimine põhinevad Brokkingi tarkvaral:

(2) RemoteXY rakendus:

(3) LOFI plokid ja rakendus LOFI Robot:

(4) jjrobotidel põhinevad relvad:

(5) kõik visandid salvestatakse Arduino Create'i:

(6) 3D -kujundused salvestatakse TinkerCAD -i:

Vastutusest loobumine: see materjal on saadaval sellisena, nagu see on, ega garanteeri selle materjali õigsust. Selles dokumendis nimetatud kolmanda osapoole iPhone'i ja Androidi rakenduste kasutamine on kasutajate enda vastutusel. Robot saab kasutada liitiumioonakut, aku ja toiteploki kasutamine on kasutaja enda vastutusel. Autorid ei vastuta kahjude eest, mis on kantud seda materjali kasutavale isikule või organisatsioonile või roboti ehitamisest või kasutamisest.

Samm: osade loend

Roboti nullist tegemiseks on palju samme ja see võtab üsna palju aega ja hoolt. Te vajate 3D -printerit ja oskate hästi joota ja ehitada elektroonilisi ahelaid.

Roboti valmistamiseks vajalikud osad on järgmised:

(1) 3D -trükiplaat ja ratasratta pikendus

(2) Arduino Uno

(3) Ehitage robotikilp

(4) MPU 6050, AT9 BLE Bluetooth -moodul, lisavarustusse kuuluv ultrahelimoodul (kõik ühendatakse kilbiga)

(5) SG90 servo

(6) TT mootorid ja rattad

(7) Ehitage toiteplokk (kas 6xAA või Li -ioon aku)

Lisatud failis selgitatakse, kuidas hankida ja ehitada kõiki osi, välja arvatud Li -ioon -toiteplokk ja robotikilp, mida käsitletakse järgmistes etappides.

2. samm: Robotkilp

Robotkilbi PCB -disain on tehtud Fritzingis, lisatud on Fritzingi fail, kui soovite disaini muuta.

Lisatud on ka kilp -trükkplaadi gerber -failid, saate need failid kilbi valmistamiseks PCB -tootjale saata.

Näiteks võivad järgmised tootjad valmistada 10 x trükkplaati umbes 5 dollari eest + postikulu:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

Lisatud on ka kilbi mark.

Samm 3: Power Pack

Roboti jaoks saate ehitada kas 6xAA või Li-Ion aku. Juhised mõlemale on lisatud.

AA-patareisid on palju lihtsam ehitada. Kuid patareid peavad enne vahetamist vastu vaid umbes 20/30 minutit. Samuti ei saa servot kasutada koos AA-patareiga, seega pole liikuvat kätt.

Li -ioonakut saab laadida ja see kestab laadimiste vahel umbes 60 pluss minutit (sõltuvalt kasutatud aku mahutavusest). Li -ioonakut on aga keerulisem ehitada ja see kasutab liitium -ioonakut, Li -ioonakusid tuleb käsitseda ettevaatlikult.

Li -ioon aku sisaldab kaitselülitust, mis kaitseb akut üle- ja allalaadimise eest ning piirab maksimaalse voolu 4 A -ni. See kasutab ka liitiumioonide laadimismoodulit.

Võite kasutada mis tahes liitium -ioonakut, mille väljundvõimsus on umbes 7,2 volti, kuid peate valmistama kaabli sobiva robotikaitse pistikuga.

Andke mulle teada, kui teil on hea alternatiivne toiteallikas. Põhjus, miks ma selle Li -ioonpaketi koostasin, on see, et see kasutab ühte Li -ioon -elementi, mis tähendab, et see on suhteliselt väike ja seda saab laadida mis tahes mikro -USB -laadijalt või mis tahes USB -pordist, sealhulgas arvutist. Liitiumioonakud, mida olen näinud umbes 7,2 volti, kasutavad kahte elementi ja vajavad spetsiaalset laadijat, mis suurendab kulusid ja pole nii mugav laadida.

Kui otsustate ehitada Li -ioon aku (või kasutada ükskõik millist Li -Ion akut), peaksite olema teadlik selliste akude ohutusprobleemidest, nt.

4. samm: robotite harjutused ja visandid

Kui olete kõik osad kätte saanud, saate robotit ehitades soovi korral programmeerimisharjutusi teha. Need harjutused koos selgitustega on saadaval Arduino Create'is - allolevad lingid viivad teid Arduino Create harjutuste juurde - seejärel saate treeningu avada ja salvestada oma Arduino Create sisselogimisandmesse.

Visandite üleslaadimiseks robotile veenduge, et teie telefon pole Bluetoothiga ühendatud - Bluetooth -ühendus takistab üleslaadimist. Kuigi üldiselt pole seda vaja, on Bluetooth -mooduli tihvt 123456.

Harjutustes 3, 5 ja 7 kasutatakse nutitelefonirakendust "LOFI robot" (või rakendust "BLE joystick" - kuigi see rakendus ei tööta alati Apple'i seadmetega).

Harjutused 8 (täielik robotivisand) kasutavad roboti juhtimiseks nutitelefonirakendust „RemoteXY”.

LOFI plokkide eskiis kasutab rakendust "LOFI plokid". (pange tähele, et see rakendus töötab kõige paremini Apple'i seadmetes).

Kui laadite treeningu Arduino Create'i, on lisaks arduino visandile veel mitmeid vahekaarte, mis annavad harjutuse kohta teavet.

Harjutus 1: Arduino põhitõed - vilgutage roboti juhtkilbil olevad punased ja rohelised LED -id. Seda harjutust saate teha pärast ehituse 3. sammu.

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

Harjutus 2: Güroskoopiandur - tutvus gryos ja kiirendusmõõturitega. Seda harjutust saate teha pärast ehituse 4. sammu. Peate kasutama jadamonitori, mille edastuskiirus on 115200.

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

Harjutus 3: Bluetooth -link - looge Bluetooth -ühendus, kasutage nutitelefoni rakendust, et sisse ja välja lülitada roboti juhtkilbi LED -id. Seda harjutust saate teha pärast ehituse 5. sammu.

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

Harjutus 4: ultraheli kaugusandur (valikuline) - tutvumine ultrahelianduriga. Seda harjutust saate teha pärast ehituse 5. sammu. Peate kasutama jadamonitori, mille edastuskiirus on 115200.

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

Harjutus 5: Servo-mehhanism-servomehhanismiga tutvumine ja käe liigutamine, kasutage nutitelefoni rakendust, et juhtida servohoova nurka. Seda harjutust saate teha pärast ehituse etappi (8). Peate kasutama jadamonitori, mille edastuskiirus on 115200.

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

Harjutus 6: ajamimootorid - tutvuge mootoritega, käivitage ajamimootorid edasi ja tagasi. Vajab aku sisse lülitamist. Peate kasutama jadamonitori, mille edastuskiirus on 115200.

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

Harjutus 7: Põhiauto - ehitage lihtne kolmerattaline auto (kolmanda ratta kinnitusega robot), auto juhtimiseks kasutame nutitelefoni rakendust. Kasutab ka käe jälgimiseks ultraheliandurit. Seda saate teha ehituse samas punktis, nagu eespool. Vajab aku sisselülitamist ja kolmanda ratta kinnituse sisestamist.

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

Harjutus 8: Täielik tasakaalustusrobot - täieliku tasakaalustus- / kolmerattalise roboti kood. Roboti juhtimiseks kasutage nutitelefoni rakendust “RemoteXY”.

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

LOFI plokkide visand - rakenduse "LOFI plokid" kasutamiseks laadige see visand robotisse üles. Seejärel saate robotit programmeerida, kasutades rakendust "LOFI Blocks", mis kasutab SCRATCH -iga sarnaseid programmeerimisplokke.

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

Harjutus 9: Joonejälgimisrobot. Võimalik on lisada kaks joonejälgimisandurit ja kasutada ultraheli pistikut, et ühendada liini jälgimisandurid robotiga. Pange tähele, et andurid on ühendatud digitaalsete tihvtidega D2 ja D8.

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

Harjutus 10: Bluetoothi juhtimine. Bluetoothi ja telefonirakenduse (RemoteXY) kasutamine roboti valgusdioodide ja servomehhanismi juhtimiseks. Selle harjutuse käigus õpivad õpilased tundma Bluetoothi, kuidas kasutada telefonirakendust reaalse maailma asjade juhtimiseks ning LED-ide ja servomehhanismide tundmaõppimiseks.

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

Samm: tasakaalustage robotite matemaatikat ja programmi struktuuri

Lisatud fail annab ülevaate roboti tasakaalustava osa matemaatikast ja tarkvarastruktuurist.

Tasakaalustusroboti taga olev matemaatika on lihtsam ja huvitavam, kui arvate.

Edasijõudnud kooliõpilastel on võimalik siduda tasakaalustav robotmatemaatika matemaatika- ja füüsikaõpingutega, mida nad keskkoolis teevad.

Matemaatikas saab roboti abil näidata, kuidas trigomeetriat, diferentseerimist ja integratsiooni reaalses maailmas rakendatakse. Kood näitab, kuidas arvutused arvutavad arvuliselt diferentseerumist ja integratsiooni ning oleme leidnud, et õpilased saavad nendest mõistetest sügavama arusaamise.

Füüsis annavad kiirendusmõõturid ja güroskoobid ülevaate liikumisseadustest ning praktilise arusaama sellistest asjadest nagu miks kiirendusmõõturi mõõtmised on mürarikkad ja kuidas selliseid reaalse maailma piiranguid leevendada.

See arusaam võib kaasa tuua edasisi arutelusid, näiteks PID -kontrolli ja tagasiside juhtimisalgoritmide intuitiivse mõistmise.

Selle roboti ehitamine on võimalik lisada kooli õppekavasse või koos koolijärgse programmiga algklassidest kuni keskkooliõpilasteni.

6. samm: video voogesituse kaamera tarvik

Oleme loonud vaarika PI -põhise videokaamera, mille saab kinnitada rattaratta pikendusele. Kas kasutab WiFi -d voogesituse videovoo veebibrauserisse edastamiseks.

See kasutab robotile eraldi toiteallikat ja on eraldiseisev moodul.

Fail sisaldab tootmise üksikasju.

Alternatiivina võib ratta pikenduse külge kinnitada ka teisi eraldiseisvaid video voogesituskaameraid, näiteks Quelima SQ13, näiteks:

Samm: TT -mootorite asemel N20 mootorite kasutamine

TT -mootori asemel on võimalik kasutada mootorit N20.

Robot töötab sujuvamalt ja läheb N20 mootoriga palju kiiremini.

Minu kasutatavad N20 mootorid on 3V, 250 p / min N20 mootorid, nt.

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

N20 mootorid ei ole nii vastupidavad ega kesta kaua, võib-olla 5-10 tundi.

N20 mootor nõuab N20 mootorikinnituste 3D -printimist ja ratta sisestus võimaldab TT -mootori ratast sobitada N20 mootori telgvõlliga.

N20 mootorikinnitused leiate otsides tinkerCAD galeriist "balrobot".