Roboti i balancimit / Roboti me 3 rrota / Roboti STEM: 8 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:20

Ne kemi ndërtuar një robot të balancuar të kombinuar dhe 3 rrota për përdorim arsimor në shkolla dhe programe arsimore pas shkollës. Roboti bazohet në një Arduino Uno, një mburojë me porosi (të gjitha detajet e ndërtimit të dhëna), një paketë bateri Li Jon (të gjitha detajet e ndërtimit të dhëna) ose një paketë baterie 6xAA, një MPU 6050, një modul bluetooth BLE, një modul tejzanor (opsional) dhe një servo për të lëvizur një krah. Ekziston gjithashtu një material i gjerë arsimor i gatshëm për t’u përdorur në dhomat e klasave.

Dokumenti i bashkangjitur është udhëzimet e dhëna fëmijëve për të ndërtuar robotin në një seri hapash të cilat ofrojnë mësim edukativ në çdo hap. Ky është dokumenti i ofruar shkollave dhe programeve pas shkollës.

Janë 7 ushtrime të cilat mund të bëhen para se të ngarkohet skica e plotë e robotit me balaning / 3 rrota. Secili nga ushtrimet fokusohet në një aspekt të veçantë të robotit, p.sh. sensori i akrometrit/xhiroskopit, bashkëveprimi me një aplikacion të telefonit të mençur duke përdorur bluetooth, sensorin ultasonik, servo etj. Ushtrimet integrohen në ndërtimin fizik të robotit, kështu që kur të jetë ndërtuar mjaft robot për të bërë një ushtrim, skica për ushtrimin mund të ngarkohet dhe të bëhet. Kjo ndihmon për të përqëndruar argëtimin e ndërtimit të robotit me mësim edukativ.

U vendos që të përdoret një Arduino Uno sepse është jashtëzakonisht i zakonshëm dhe përdoret në shumë mjedise arsimore. Ne gjithashtu kemi përdorur, përveç mburojës, module standarde të raftit të cilat janë në dispozicion. Shasia është e printuar 3D dhe modeli i disponueshëm në TinkerCAD.

Ne gjithashtu kemi gjetur se ky robot ndihmon për të frymëzuar dhe siguruar besim tek fëmijët që të mendojnë për ndërtimin e krijimeve të tyre dhe se nuk është e vështirë ta bësh këtë.

Të gjitha skicat janë të komentuara mirë dhe studentët më të avancuar mund të modifikojnë ose shkruajnë skicat e tyre. Roboti mund të formojë një platformë të përgjithshme për të mësuar rreth Arduino dhe elektronikës.

Roboti gjithashtu punon me aplikacionin "LOFI blocks" (https://lofiblocks.com/en/), kështu që fëmijët mund të shkruajnë kodin e tyre atje në një mjedis grafik të ngjashëm me SCRATCH.

Vini re video e mësipërme tregon modelin e shenjës 1, roboti tani përdor aplikacionin bluetooth RemoteXY (i cili është i disponueshëm për pajisjet Andriod dhe Apple), MPU 6050 tani gjendet në mburojën e robotit (jo në rrëshqitësin në fund të robot - edhe pse akoma mund ta gjeni aty nëse dëshironi) dhe ka një sensor opsional tejzanor i cili mund të lidhet në mburojë.

Mirënjohje:

(1) këndi i hapit dhe kontrolli PID bazohet në softuer nga Brokking:

(2) Aplikacioni RemoteXY:

(3) LOFI Blocks dhe aplikacioni Robot LOFI:

(4) krahët e bazuar në jjrobots:

(5) të gjitha skicat ruhen në Arduino Krijo:

(6) Modelet 3D ruhen në TinkerCAD:

Përgjegjësia: Ky material sigurohet ashtu siç është, pa garanci për korrektësinë ose ndryshe të këtij materiali. Përdorimi i aplikacioneve të palëve të treta iPhone dhe Android të përmendura në këtë dokument është në rrezikun e përdoruesit. Roboti mund të përdorë një bateri litium -jon, përdorimi i baterisë dhe paketës së energjisë është në rrezikun e përdoruesit. Autorët nuk marrin asnjë përgjegjësi për humbjet e pësuara nga ndonjë person ose organizatë që përdor këtë material ose nga ndërtimi ose përdorimi i robotit.

Hapi 1: Lista e Pjesëve

Për ta bërë robotin nga e para, ka shumë hapa dhe do të duhet mjaft kohë dhe kujdes. Do t'ju duhet një printer 3D dhe të jeni të mirë në bashkimin dhe ndërtimin e qarqeve elektronike.

Pjesët e kërkuara për të bërë robotin janë:

(1) Shtypni 3D shtrirjen e rrotave të shasisë dhe rrotës

(2) Arduino Uno

(3) Ndërtoni mburojën robotike

(4) MPU 6050, moduli Bluetooth AT9 BLE, modul opsional tejzanor (të gjithë futen në mburojë)

(5) servo SG90

(6) Motorët dhe rrotat TT

(7) Ndërtoni paketën e energjisë (ose një paketë baterie 6xAA ose një bateri Li Jon)

Skedari i bashkangjitur shpjegon se si të merren dhe ndërtohen të gjitha pjesët përveç paketës së energjisë Li Ion dhe mburojës së robotit, të cilat mbulohen në hapat e ardhshëm.

Hapi 2: Mburoja e Robotit

Dizajni i PCB për mburojën e robotit bëhet në Fritzing, bashkangjitur është skedari Fritzing nëse dëshironi të modifikoni modelin.

Gjithashtu janë bashkangjitur skedarët gerber për PCB mburojë, ju mund t'i dërgoni këto skedarë në një prodhues PCB që ata të prodhojnë mburojën.

Për shembull, prodhuesit e mëposhtëm mund të bëjnë 10 x borde PCB për rreth $ 5 + postare:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

Gjithashtu është bashkangjitur dokumenti i prodhimit për mburojën.

Hapi 3: Paketa e energjisë

Ju mund të krijoni ose një paketë baterie 6xAA ose një bateri Li Jon për robotin. Udhëzimet për të dyja janë bashkangjitur.

Paketa AA-bateri është shumë më e lehtë për t'u ndërtuar. Sidoqoftë, bateritë zgjasin vetëm rreth 20/30 minuta para se të kenë nevojë të zëvendësohen. Gjithashtu servo nuk mund të përdoret me paketën AA-bateri kështu që nuk ka krah lëvizës.

Paketa e baterisë Li Jon mund të rimbushet dhe zgjat afërsisht 60 plus minuta midis rimbushjeve (në varësi të kapacitetit të baterisë së përdorur). Sidoqoftë, paketa e baterive Li Jon është më e vështirë për t'u ndërtuar dhe përdor një bateri Li Jon, bateritë Li Jon duhet të trajtohen me kujdes.

Paketa e baterisë Li Ion përfshin një qark mbrojtës, i cili mbron baterinë nga mbingarkesa dhe nën ngarkim dhe kufizon rrymën maksimale në 4 Amper. Përdor gjithashtu një modul karikimi Li Jon.

Ju mund të përdorni çdo paketë baterie Li Jon e cila ka një dalje prej përafërsisht 7.2 volt, por do t'ju duhet të krijoni një kabllo me prizën e duhur të mbrojtjes së robotit.

Më tregoni nëse keni një paketë të mirë alternative të energjisë. Arsyeja pse kam krijuar këtë paketë Li Ion është se përdor një qelizë të vetme Li Jon që do të thotë se është relativisht e vogël dhe mund të ngarkohet nga çdo ngarkues mikro USB ose nga çdo port USB duke përfshirë një kompjuter. Paketat e energjisë Li Ion kam parë rreth 7.2 volt që përdorin 2 qeliza dhe kërkojnë një ngarkues special, i cili rrit koston dhe nuk është aq i përshtatshëm për t'u ngarkuar.

Nëse zgjidhni të krijoni një paketë bateri Li Jon (ose përdorni ndonjë paketë bateri Li Jon) duhet të jeni të vetëdijshëm për çështjet e sigurisë me bateri të tilla, p.sh.

Hapi 4: Ushtrime dhe skica robotike

Pasi të keni marrë të gjitha pjesët, ndërsa ndërtoni robotin, mund të bëni ushtrime programimi gjatë rrugës nëse dëshironi. Këto ushtrime së bashku me shpjegimet janë në dispozicion në Arduino Krijo - lidhjet më poshtë ju çojnë në ushtrimet Arduino Krijo - atëherë mund të hapni dhe ruani ushtrimin në hyrjen tuaj në Arduino Krijo.

Për të ngarkuar skica në robot sigurohuni që telefoni juaj të mos jetë i lidhur me robotin me Bluetooth - një lidhje Bluetooth parandalon ndodhjen e ngarkimit. Edhe pse në përgjithësi nuk është i nevojshëm, kunja për modulin Bluetooth është 123456.

Ushtrimet 3, 5 dhe 7 përdorin aplikacionin e telefonit inteligjent "LOFI robot" (ose aplikacionin "BLE joystick" - megjithëse ky aplikacion nuk funksionon gjithmonë me pajisjet Apple).

Ushtrimet 8 (skica e plotë e robotit) përdor aplikacionin e telefonit inteligjent "RemoteXY" për të kontrolluar robotin.

Skica LOFI Blocks përdor aplikacionin "LOFI Blocks". (vini re se ky aplikacion funksionon më mirë në pajisjet Apple).

Kur ngarkoni një ushtrim në Arduino Create, përveç skicës arduino, ka një numër skedash të tjera që japin informacion në lidhje me ushtrimin.

Ushtrimi 1: Bazat e Arduino - lidhni dritat LED në mburojën e kontrollit të robotit me të kuqe dhe jeshile. Këtë ushtrim mund ta bëni pas Hapit (3) në ndërtim.

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

Ushtrimi 2: Sensori Gyro - njohja me gryos dhe përshpejtuesit. Këtë ushtrim mund ta bëni pas Hapit (4) në ndërtim. Ju duhet të përdorni "Serial Monitor", me normën e baudit të vendosur në 115200.

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

Ushtrimi 3: Lidhja Bluetooth - krijoni një lidhje Bluetooth, përdorni një aplikacion të telefonit inteligjent për të ndezur dhe fikur LED -të në mburojën e kontrollit të robotit. Këtë ushtrim mund ta bëni pas Hapit (5) në ndërtim.

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

Ushtrimi 4: Sensori i distancës tejzanor (opsional) - njohja me sensorin tejzanor. Këtë ushtrim mund ta bëni pas Hapit (5) në ndërtim. Ju duhet të përdorni "Serial Monitor", me normën e baudit të vendosur në 115200.

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

Ushtrimi 5: Servo-mekanizmi-njohja me mekanizmin servo dhe lëvizja e krahut, përdorni një aplikacion të telefonit inteligjent për të kontrolluar këndin e krahut servo. Këtë ushtrim mund ta bëni pas Hapit (8) në ndërtim. Duhet të përdorni "Serial Monitor", me normën e baudit të vendosur në 115200.

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

Ushtrimi 6: Motorët me makinë - duke u njohur me motorët, drejtojini motorët me makinë përpara dhe prapa. Duhet që paketa e baterisë të ndizet. Ju duhet të përdorni "Serial Monitor", me normën e baudit të vendosur në 115200.

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

Ushtrimi 7: Makina bazë - ndërtoni një makinë të thjeshtë me tre rrota (robot me shtojcë të rrotës së tretë), ne përdorim një aplikacion të telefonit inteligjent për të kontrolluar makinën. Gjithashtu përdor sensorin tejzanor për të ndjekur dorën tuaj. Ju mund ta bëni këtë në të njëjtën pikë të ndërtimit si më sipër. Duhet që bateria të ndizet dhe të futet shtojca e rrotës së tretë.

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

Ushtrimi 8: Roboti i balancimit të plotë - kodi për robotin balancues të plotë / tre rrota. Përdorni aplikacionin e telefonit inteligjent "RemoteXY" për të kontrolluar robotin.

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

Skica LOFI Blocks - për të përdorur aplikacionin "LOFI Blocks" ngarkoni këtë skicë në robot. Pastaj mund ta programoni robotin duke përdorur aplikacionin "LOFI Blocks" i cili përdor blloqe programimi të ngjashme me SCRATCH.

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

Ushtrimi 9: Roboti i Gjurmimit të Linjës. Shtë e mundur të shtoni dy sensorë të gjurmimit të linjës dhe të përdorni prizën tejzanor për të lidhur sensorët e gjurmimit të linjës me robotin. Shënim, sensorët janë të lidhur me kunjat dixhitale D2 dhe D8.

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

Ushtrimi 10: Kontrolli Bluetooth. Përdorimi i Bluetooth dhe një aplikacioni telefoni (RemoteXY) për të kontrolluar LED-të e robotëve dhe servo-mekanizmin. Në këtë ushtrim studentët mësojnë rreth Bluetooth, si të përdorin një aplikacion telefoni për të kontrolluar gjërat e botës reale dhe mësojnë rreth LED-ve dhe servo-mekanizmave.

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

Hapi 5: Balancimi i matematikës robotike dhe strukturës së programit

Skedari i bashkangjitur jep një pasqyrë të strukturës së matematikës dhe softuerit të pjesës balancuese të robotit.

Matematika pas robotit balancues është më e thjeshtë dhe më interesante nga sa mund të mendoni.

Për nxënësit e shkollave më të avancuara është e mundur të lidhen matematika robotike balancuese, me studimet e matematikës dhe fizikës që po bëjnë në shkollën e mesme.

Në matematikë roboti mund të përdoret për të treguar sesi trigometria, diferencimi dhe integrimi aplikohen në botën reale. Kodi tregon se si diferencimi dhe integrimi llogariten numerikisht nga kompjuterët, dhe ne kemi gjetur se studentët marrin një kuptim më të thellë të këtyre koncepteve.

Në fizikë, përshpejtuesit dhe xhiroskopët ofrojnë një pasqyrë në ligjet e lëvizjes dhe një kuptim praktik të gjërave të tilla si pse matjet e përshpejtuesit janë të zhurmshme dhe si të zbusin kufizimet e tilla të botës reale.

Ky kuptim mund të çojë në diskutime të mëtejshme, për shembull, kontrolli i PID dhe një kuptim intuitiv i algoritmave të kontrollit të feedback -ut.

Isshtë e mundur të përfshihet ndërtimi i këtij roboti në kurrikulën e shkollës, ose në lidhje me një program pas shkollës, nga fillorja deri tek nxënësit e nivelit të shkollës së mesme.

Hapi 6: Aksesori i kamerës për transmetimin e videove

Ne kemi krijuar një video kamera të bazuar në mjedër PI e cila mund të ngjitet në shtrirjen e rrotës së rrotullës në robot. Përdor WiFi për të transmetuar transmetimin e videos në një shfletues uebi.

Ai përdor një furnizim me energji të veçantë për robotin dhe është një modul i pavarur.

Skedari jep detajet e krijimit.

Si një alternativë, kamera të tjera të pavarura të transmetimit video të tilla si Quelima SQ13 mund t'i bashkëngjiten shtrirjes së rrotave të rrotave, p.sh.:

Hapi 7: Përdorimi i N20 Motors në vend të TT Motors

Isshtë e mundur të përdoret motori N20 në vend të motorit TT.

Roboti funksionon më mirë dhe shkon shumë më shpejt me motorin N20.

Motorët N20 që kam përdorur janë motorë 3V, 250rpm N20, p.sh.

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

Motorët N20 nuk janë aq të fortë dhe nuk zgjasin aq shumë, ndoshta 5-10 orë përdorim.

Motori N20 kërkon që ju të printoni 3D montuesit e motorit N20 dhe ka një futje të rrotave në të cilën një rrotë motorike TT të përshtatet me boshtin boshtor të motorit N20.

Montimet e motorit N20 mund të gjenden duke kërkuar "balrobot" në galerinë tinkerCAD.

Hapi 8: