HackerBoxesi robootika töötuba: 22 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:50

HackerBoxesi robootikatöökoda oli loodud pakkuma väga väljakutsuvat, kuid nauditavat sissejuhatust isetehtud robotsüsteemidesse ja ka harrastajate elektroonikasse üldiselt. Robootikatöökoda on loodud selleks, et tutvustada osalejale neid olulisi teemasid ja õpieesmärke:

• Kõndivad robotid
• Hammasülekanded liikumise koordineerimiseks
• Elektrooniliste projektide jootmine
• Skeemide skeemid
• Optilised andurid autonoomseks juhtimiseks ja navigeerimiseks
• Analoog suletud ahela juhtimisahelad
• Arduino programmeerimine
• NodeMCU sisseehitatud RISC protsessorid
• WiFi sisseehitatud protsessorisüsteemides
• IoT juhtimine Blyki platvormi abil
• Servomootorite juhtmestik ja kalibreerimine
• Kompleksne robotite kokkupanek ja juhtimine

HackerBoxes on igakuine tellimuste kasti teenus DIY elektroonika ja arvutitehnoloogia jaoks. Oleme tegijad, harrastajad ja eksperimenteerijad. Kui soovite osta HackerBoxesi töökoja või saada iga kuu postiga suurepäraste elektroonikaprojektide üllatuspaketi HackerBoxes, külastage meid aadressil HackerBoxes.com ja liituge revolutsiooniga.

HackerBoxi töötubade projektid ja igakuise tellimuse HackerBoxes projektid pole just algajatele. Need nõuavad tavaliselt mõningast eelnevat kokkupuudet elektroonilise elektroonikaga, põhilisi jootmisoskusi ja mugavust mikrokontrollerite, arvutiplatvormide, operatsioonisüsteemi funktsioonide, funktsiooniteekide ja lihtsa programmi kodeerimisega töötamisel. Kasutame ka kõiki tüüpilisi harrastajate tööriistu isetehtud elektroonikaprojektide ehitamiseks, silumiseks ja testimiseks.

Häkkida planeeti!

Samm: töötoa sisu

• RoboSpideri komplekt
• Autonoomne liini järgiv robotikomplekt
• Arduino robotkäepideme WiFi-kontroller
• MeArmi robotkäe komplekt
• Robootika saavutuste plaaster

Täiendavad üksused, millest võib abi olla:

• Seitse AA patareid
• Põhilised jootetööriistad
• Arvuti Arduino IDE käitamiseks

Väga oluline lisaartikkel, mida vajame, on tõeline seiklusetunne, isetegemise vaim ja häkkerite uudishimu. Mis tahes seikluse alustamine tegija ja loojana võib olla põnev väljakutse. Eelkõige ei ole seda tüüpi hobielektroonika alati lihtne, kuid kui te jätkate ja naudite seiklust, võib püsivusest ja kõigest aru saamisest saada palju rahulolu!

2. samm: RoboSpider

Selle robotikomplekti abil saate luua oma RoboSpideri. Sellel on kaheksa mitme liigendiga jalga, mis dubleerivad tõeliste ämblike kõndimisliikumist. Uurige komplekti osi, et kontrollida siin näidatud 71 tükki. Kas saate arvata, milleks iga tükki RoboSpideri kujunduses kasutatakse?

3. samm: RoboSpider - juhtmestik

Ühendage kõigepealt RoboSpideri mootor ja aku korpus. Juhtmed saab lihtsalt keerata aku klemmidele, nagu on näidatud juhistes. Soovi korral võivad juhtmed olla aga ka ettevaatlikult oma kohale joodetud.

4. samm: RoboSpider - mehaaniline kokkupanek

Iga jalapaari jaoks on moodustatud väga huvitav hammasrataste komplekt. Igal RoboSpideril on neli sellist kahe jala komplekti, millest igaüks koordineerib kaheksa eraldi ämblikjala liikumist. Pange tähele, kuidas käikude joondamist hõlbustav kinnitus on saadaval.

Ülejäänud RoboSpideri saab kokku panna vastavalt juhistele. Millist kõndimisdünaamikat see RoboSpider näitab?

5. samm: olgem valmis jootma

Jootmine on protsess, mille käigus kaks või enam metalleset (sageli juhtmed või juhtmed) ühendatakse omavahel, sulatades täite metalli, mida nimetatakse jootmiseks, metallosade vahel. Erinevat tüüpi jootmistööriistu on hõlpsasti saadaval. HackerBoxes Starter Workship sisaldab kena põhitööriistade komplekti väikese elektroonika jootmiseks:

• Jootekolb
• Asendusnõuanded
• Jootekolvi alus
• Jootekolvi otsa puhastusvahend
• Jootma
• Laadimisjook

Kui te pole jootmisega uus, on jootmise kohta Internetis palju suurepäraseid juhendeid ja videoid. Siin on üks näide. Kui tunnete, et vajate täiendavat abi, proovige leida oma piirkonnas kohalik tegijate rühm või häkkeriruum. Samuti on amatöörraadioklubid alati suurepärased elektroonikakogemuse allikad.

Jootmise ajal kandke kaitseprille

Samuti soovite, et teil oleks isopropüülalkoholi ja tampoonid jootekohtadest maha jäänud pruunika voo jääkide puhastamiseks. Kui see jääk paika jätta, söövitab see lõpuks ühenduses olevat metalli.

Lõpuks võiksite vaadata Mitch Altmani koomiksit "Jootmine on lihtne".

6. samm: rida järgiv robot

Joonejälgimisrobot (teise nimega Line Tracing) võib järgida valgele pinnale tõmmatud paksu musta joont. Joon peaks olema umbes 15 mm paks.

7. samm: rida järgiv robot - skeem ja komponendid

Siin on näidatud liini järgneva roboti osad ja skemaatiline skeem. Proovige tuvastada kõik osad. Vaadates allpool toiminguteooriat, vaadake, kas saate aru iga osa eesmärgist ja võib -olla isegi sellest, miks nende väärtused on nii täpsustatud. Olemasolevate vooluahelate "pöördprojekteerimise" proovimine on suurepärane võimalus õppida oma disaini.

Operatsiooni teooria:

Joone mõlemal küljel kasutatakse valgusdioodi (D4 ja D5), mis projitseerib valguspunkti allpool olevale pinnale. Nendel alumistel LED -idel on läbipaistvad läätsed, mis moodustavad hajutatud valgusvihuga võrreldes suunatud valgusvihu. Sõltuvalt sellest, kas LED -i all olev pind on valge või must, peegeldub vastavasse fototakisti (D13 ja D14) tagasi erinev kogus valgust. Fototakisti ümbritsev must toru aitab peegeldunud võimu otse andurisse fokuseerida. Fototakisti signaale võrreldakse kiibis LM393, et teha kindlaks, kas robot peaks otse edasi liikuma või tuleks seda pöörata. Pange tähele, et LM393 kahel võrdlusalusel on ühesugused sisendsignaalid, kuid signaalid on vastupidiselt orienteeritud.

Robot lülitatakse sisse, lülitades pöörde välisküljel asuva alalisvoolumootori (M1 või M2) sisse, jättes mootori välja lülitatud olekusse. Mootorid lülitatakse sisse ja välja, kasutades ajamitransistore (Q1 ja Q2). Ülalt paigaldatud punased LED-id (D1 ja D2) näitavad meile, milline mootor on igal ajal sisse lülitatud. See roolimehhanism on suletud ahela juhtimise näide ja annab kiiresti kohanduva juhise roboti trajektoori uuendamiseks väga lihtsal, kuid tõhusal viisil.

8. samm: rida järgiv robot - takistid

Takisti on passiivne kahe terminaliga elektriline komponent, mis rakendab vooluahela elemendina elektritakistust. Elektroonilistes vooluahelates kasutatakse takistid muu hulgas vooluhulga vähendamiseks, signaalitasemete reguleerimiseks, pingete jagamiseks, aktiivsete elementide nihutamiseks ja ülekandeliinide lõpetamiseks. Takistid on elektrivõrkude ja elektrooniliste vooluahelate tavalised elemendid ning neid leidub elektroonikaseadmetes kõikjal.

Rida järgnev robotikomplekt sisaldab nelja erinevat väärtust aksiaalsete juhtmetega, läbi aukude takistite, millel on värvikoodiga ribad, nagu näidatud:

• 10 oomi: pruun, must, must, kuldne
• 51 oomi: roheline, pruun, must, kuldne
• 1K oom: pruun, must, must, pruun
• 3,3 K oom: oranž, oranž, must, pruun

Takistid tuleb sisestada trükkplaadi (PCB) ülaosast, nagu joonisel näidatud, ja seejärel joota altpoolt. Loomulikult tuleb sisestada takisti õige väärtus, need ei ole vahetatavad. Takistid pole aga polariseeritud ja neid võib sisestada mõlemas suunas.

9. samm: rida järgiv robot - ülejäänud komponendid

Teisi vooluahela elemente, nagu siin näidatud, saab sisestada trükkplaadi ülaosast ja joota alla, nagu takistid.

Pange tähele, et neli valgusanduri komponenti sisestatakse tegelikult trükkplaadi põhjast. Pikk polt sisestatakse valgusanduri komponentide vahele ja kinnitatakse tihedalt avatud mutriga. Seejärel saab ümara korgiga mutri poldi otsa panna sileda liugurina.

Erinevalt takistitest on mitmed teised komponendid polariseeritud:

Transistoridel on lame ja poolringikujuline külg. Kui need on PCB-sse sisestatud, veenduge, et need vastaksid PCB-l olevatele valgetele siiditrükimärgistustele.

LEDidel on pikk ja lühem juhe. Pikk juhe tuleb sobitada + klemmiga, nagu on näidatud siiditrükil.

Purgikujulistel elektrolüütkondensaatoritel on purgi ühel küljel allapoole negatiivne klemmindikaator (tavaliselt valge triip). Selle külje plii on negatiivne ja teine positiivne. Need tuleb trükkplaadile sisestada vastavalt siiditrükil olevatele tihvtide indikaatoritele.

Kaheksa kontaktiga kiibil, selle pistikupesal ja PCB siiditrükil nende sisestamiseks on ühes otsas poolringikujuline indikaator. Need peavad olema rivistatud kõigi kolme jaoks. Pistikupesa tuleks joota trükkplaadile ja kiipi ei tohi pistikupessa sisestada enne, kui jootmine on lõppenud ja jahtunud. Kuigi kiip võib olla otse trükkplaadile joodetud, peab see olema väga kiire ja ettevaatlik. Soovitame igal võimalusel kasutada pistikupesa.

10. samm: rida järgiv robot - aku

Kahepoolse teibi õhukese ülemise kihi saab aku kinnitamiseks maha koorida. Juhtmeid saab toita läbi trükkplaadi ja joota allpool. Liigne traat võib olla kasulik mootorite jootmiseks.

11. samm: rida järgiv robot - mootorid

Mootorite juhtmeid saab joodistada trükkplaadi alumisel küljel asuvatele padjadele, nagu näidatud. Kui juhtmed on joodetud, võib kahepoolse lindi õhukese ülemise kihi eemaldada, et mootorid PCB-le kinnitada.

12. samm: jälgige robotit - jälgige seda

Robotit järgivat rida on rõõm vaadata. Sisestage paar AA patareielementi ja laske sellel rippuda.

Vajadusel võib trimmeri potentsiomeetreid häälestada, et täiustada roboti serva tuvastamist.

Kui robotil on muid "käitumisprobleeme", on kasulik kontrollida ka nelja alumise külje anduri komponendi joondust ja eriti fototakiste ümbritsevat musta toru.

Lõpuks kasutage kindlasti värskeid patareisid. Oleme märganud ebaühtlast jõudlust, kui aku tühjeneb.

Samm 13: Robotkäsi MeArmilt

MeArm Robot Arm on välja töötatud maailma kõige kättesaadavamaks õppevahendiks ja väikseimaks ja lahedaimaks robotkäeks. MeArm on lamepakendis robotkäe komplekt, mis sisaldab laserlõigatud akrüüllehti ja mikroservosid. Saate seda ehitada ainult kruvikeeraja ja entusiasmiga. Lifehackeri veebisait on seda kirjeldanud kui "täiuslikku Arduino projekti algajatele". MeArm on suurepärane disain ja väga lõbus, kuid selle kokkupanek võib kindlasti veidi keeruline olla. Võtke aega ja olge kannatlik. Püüdke mitte kunagi sundida servomootoreid. See võib kahjustada servo sees asuvaid pisikesi plasthammasrattaid.

Selle töötoa MeArmi juhitakse nutitelefoni või tahvelarvutirakendusest, kasutades Arduino arendusplatvormile kohandatud NodeMCU WiFi-moodulit. See uus juhtimismehhanism erineb MeArmi dokumentatsioonis käsitletud algsest "aju" plaadist, seega järgige kindlasti siin esitatud juhiseid, mitte MeArmi originaaldokumentatsioonis toodud juhiseid. MeArmi akrüülkomponentide ja servomootorite kokkupanekuga seotud mehaanilised üksikasjad jäävad samaks.

14. samm: robotkäepideme WiFi -kontroller - valmistage Arduino ette NodeMCU jaoks

NodeMCU on avatud lähtekoodiga platvorm, mis põhineb kiibil ESP8266. See kiip sisaldab 32-bitist RISC-protsessorit, mis töötab sagedusel 80 MHz, WiFi-ühendust (IEEE 802.11 b/g/n), RAM-mälu, välkmälu ja 16 sisend-/väljundpistikut.

Meie kontrolleri riistvara põhineb siin näidatud ESP-12 moodulil, mis sisaldab ESP8266 kiipi koos kaasasoleva WiFi-võrgu toega.

Arduino on avatud lähtekoodiga elektroonikaplatvorm, mis põhineb hõlpsasti kasutataval riist- ja tarkvaral. See on mõeldud kõigile, kes teevad interaktiivseid projekte. Kuigi Arduino platvorm kasutab üldiselt Atmel AVR mikrokontrollerit, võib see olla adapter, mis töötab koos teiste mikrokontrolleritega, sealhulgas meie ESP8266 -ga.

Alustamiseks peate veenduma, et arvutisse on installitud Arduino IDE. Kui teil pole IDE -d installitud, saate selle tasuta alla laadida (www.arduino.cc).

Samuti vajate arvuti operatsioonisüsteemi (OS) draivereid, et pääseda juurde kasutatavale NodeMCU mooduli sobivale jada-USB-kiibile. Praegu sisaldab enamik NodeMCU mooduleid CH340 jada-USB kiipi. CH340 kiipide tootjal (WCH.cn) on draiverid saadaval kõigi populaarsete operatsioonisüsteemide jaoks. Nende saidi jaoks on kõige parem kasutada Google'i tõlgitud lehte.

Kui oleme Arduino IDE installinud ja USB -liidese kiibile installitud operatsioonisüsteemi draiverid, peame laiendama Ardino IDE kasutamist ESP8266 kiibiga kasutamiseks. Käivitage IDE, minge eelistustesse ja leidke väli "Juhatuse halduri täiendavad URL -id"

ESP8266 juhatuse halduri installimiseks kleepige see URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Pärast installimist sulgege IDE ja seejärel taaskäivitage.

Nüüd ühendage NodeMCU moodul arvutiga, kasutades microUSB -kaablit.

Valige Arduino IDE tahvli tüübiks NodeMCU 1.0

Siin on juhend, mis läbib Arduino NodeMCU seadistusprotsessi, kasutades mõnda erinevat rakenduse näidet. See on siin eesmärgist pisut eksinud, kuid ummikseisu korral võib abi olla mõne teise vaatenurga vaatamisest.

Samm: robotkäepideme WiFi -kontroller - häkkige oma esimene NodeMCU programm

Kui ühendame uue riistvara või installime uue tarkvaratööriista, tahame veenduda selle toimimises, proovides midagi väga lihtsat. Programmeerijad nimetavad seda sageli "tere maailma" programmiks. Sisseehitatud riistvara puhul (mida me siin teeme) on "tere maailm" tavaliselt LED -i (valgusdiood) vilkumine.

Õnneks on NodeMCU-l sisseehitatud LED, mida saame vilkuda. Samuti on Arduino IDE -l näidisprogramm LED -ide vilkumiseks.

Avage Arduino IDE -s näide blink. Kui uurite seda koodi tähelepanelikult, näete, et see keerab tihvti 13 kõrgele ja madalale. Algsetel Arduino tahvlitel põleb kasutaja LED tihvtil 13. NodeMCU valgusdiood põleb aga 16. Nii saame redigeerida programmi blink.ino, et muuta iga viide tihvtile 13 pin 16. Seejärel saame programmi koostada ja laadige see üles NodeMCU moodulisse. See võib võtta paar katset ja nõuda USB -draiveri kontrollimist ning IDE -s tahvli ja pordi seadete topeltkontrolli. Võtke aega ja olge kannatlik.

Kui programm on korralikult üles laadinud, ütleb IDE "üleslaadimine on lõpetatud" ja LED hakkab vilkuma. Vaadake, mis juhtub, kui muudate programmi sees oleva funktsiooni delay () pikkust ja laadite selle uuesti üles. Kas see on see, mida ootasite. Kui jah, siis häkkisite oma esimese manustatud koodi. Palju õnne!

16. samm: robotkäepideme WiFi -kontroller - tarkvarakoodi näide

Blynk (www.blynk.cc) on platvorm, mis sisaldab iOS- ja Android -rakendusi Arduino, Raspberry Pi ja muu riistvara juhtimiseks Interneti kaudu. See on digitaalne armatuurlaud, kus saate oma projektile graafilise liidese luua, lihtsalt vidinaid lohistades. Kõigi seadistamine on tõesti lihtne ja hakkate kohe nokitsema. Blynk viib teid võrku ja on valmis teie asjade Interneti jaoks.

Vaadake Blynk'i saiti ja järgige Arduino Blynk raamatukogu seadistamise juhiseid.

Haara siia lisatud ArmBlynkMCU.ino Arduino programm. Märkate, et sellel on kolm stringi, mis tuleb lähtestada. Saate neid praegu ignoreerida ja veenduge, et saate koodi kompileerida ja NodeMCU -sse üles laadida. Te peate selle programmi NodeMCU -sse laadima, et teha järgmine samm servomootorite kalibreerimiseks.

17. samm: robotkäepideme WiFi -kontroller - servomootorite kalibreerimine

ESP-12E mootorikaitseplaat toetab otse NodeMCU mooduli ühendamist. Joondage ettevaatlikult ja sisestage NodeMCU moodul mootori varjestusplaadile. Ühendage ka neli servot kilbi külge, nagu näidatud. Pange tähele, et pistikud on polariseeritud ja peavad olema näidatud viisil.

Viimases etapis laaditud NodeMCU kood lähtestab servod kalibreerimisasendisse, nagu siin näidatud ja MeArmi dokumentatsioonis arutatud. Servohoobade kinnitamine õigesse asendisse, kui servod on kalibreerimisasendisse seatud, tagab, et iga nelja servo jaoks on seadistatud õige alguspunkt, lõpp -punkt ja liikumisulatus.

Aku kasutamise kohta koos NodeMCU ja MeArm servomootoritega:

Aku juhtmed tuleb ühendada aku sisendkruvi klemmidega. Aku sisendtoite aktiveerimiseks on mootorikilbil plastist toitenupp. Pisikest plastikust hüppajaplokki kasutatakse toite suunamiseks mootorikilbilt NodeMCU -sse. Kui hüppaplokk pole paigaldatud, saab NodeMCU end USB -kaabli abil toita. Kui hüppajaplokk on paigaldatud (nagu näidatud), suunatakse akutoide NodeMCU moodulile.

18. samm: robotkäe kasutajaliides - integreerige Blynkiga

Nüüd saame konfigureerida rakenduse Blynk servomootorite juhtimiseks.

Installige rakendus Blyk oma iOS- või Android -mobiilseadmesse (nutitelefon või tahvelarvuti). Pärast installimist seadistage uus Blynk -projekt, millel on neli liugurit, nagu on näidatud nelja servomootori juhtimiseks. Pange tähele uue Blynk -projekti jaoks loodud Blynk -i autoriseerimismärki. Saate selle kleepimise hõlbustamiseks saata e -postiga.

Muutke ArmBlynkMCU.ino Arduino programmi, et täita kolm stringi:

• WiFi SSID (teie WiFi-pöörduspunkti jaoks)
• WiFi parool (teie WiFi-pöörduspunkti jaoks)
• Blynk autoriseerimismärk (teie Blynk projektist)

Nüüd kompileerige ja laadige üles uuendatud kood, mis sisaldab kolme stringi.

Veenduge, et saate nelja servomootorit Wi-Fi kaudu teisaldada, kasutades oma mobiilseadme liugureid.

19. samm: robotkäsi - mehaaniline kokkupanek

Nüüd saame jätkata MeArmi mehaanilise kokkupanekuga. Nagu varem märgitud, võib see olla pisut keeruline. Võtke aega ja olge kannatlik. Püüdke servomootoreid mitte sundida.

Pidage meeles, et seda MeArmi juhib NodeMCU Wi-Fi moodul, mis erineb MeArmi dokumentatsioonis käsitletud algsest "aju" plaadist. Järgige kindlasti siin esitatud juhiseid, mitte MeArmi originaaldokumentatsioonis toodud juhiseid.

Mehaanilise kokkupaneku üksikasjad leiate siit. Need on märgistatud kui ehitusjuhend MeArm v1.0 jaoks.

20. samm: veebiavarused robootika õppimiseks

Rohkem on veebipõhiseid robootikakursusi, raamatuid ja muid ressursse…

• Stanfordi kursus: Sissejuhatus robootikasse
• Columbia kursus: robootika
• MIT -kursus: alateadlik robootika
• Robootika Wikiraamat
• Robootika kursus
• Arvutamise õppimine robotitega
• Robootika demüstifitseeritud
• Roboti mehhanismid
• Matemaatiline robotite manipuleerimine
• Haridusrobotid Lego NXT -ga
• LEGO haridus
• Tipptasemel robootika
• Sisseehitatud robootika
• Autonoomsed mobiilsed robotid
• Ronimis- ja kõnnirobotid
• Ronimis- ja kõnnirobotite uued rakendused
• Humanoidrobotid
• Robot relvad
• Robotmanipulaatorid
• Edusammud robotmanipulaatorites
• AI robootika

Nende ja muude ressursside uurimine laiendab pidevalt teie teadmisi robootika maailmast.

21. samm: robootika saavutamise plaaster

Palju õnne! Kui olete nende robootikaprojektide nimel oma parima teinud ja oma teadmisi täiendanud, peaksite uhkusega kandma kaasasolevat saavutusplaastrit. Andke maailmale teada, et olete servode ja andurite meister.

22. samm: hävitage planeet

Loodame, et naudite HackerBoxesi robootikatöötuba. Seda ja muid töötubasid saab osta veebipoest aadressil HackerBoxes.com, kus saate tellida ka igakuise HackerBoxesi tellimiskasti ja lasta igal kuul suurepäraseid projekte otse teie postkasti toimetada.

Palun jagage oma edu allolevates kommentaarides ja/või HackerBoxesi Facebooki grupis. Kindlasti andke meile teada, kui teil on küsimusi või vajate abi. Täname, et olete osa HackerBoxesi seiklusest. Teeme midagi suurepärast!