Kiegyensúlyozó robot / 3 kerekes robot / STEM robot: 8 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Kombinált kiegyensúlyozó és háromkerekű robotot építettünk iskolákban és iskolai oktatási programok során. A robot egy Arduino Uno -n, egyedi pajzson (az összes konstrukció részleteit tartalmazza), Li -ion akkumulátorcsomagon (az összes konstrukciós adatot tartalmazza) vagy 6xAA elemen, MPU 6050 -en, BLE bluetooth modulon, ultrahangos modulon (opcionális) alapul) és egy szervó a kar mozgatásához. Az osztálytermekben is használható oktatási anyagok állnak rendelkezésre.

A mellékelt dokumentum a gyerekeknek adott utasításokat tartalmazza a robot építéséről, amely minden lépésben oktató tanulást biztosít. Ez a dokumentum az iskoláknak és az iskola utáni programoknak biztosított.

Hét gyakorlatot lehet elvégezni, mielőtt a teljes kiegyensúlyozó / háromkerekű robotvázlatot feltöltik. A gyakorlatok mindegyike a robot egy bizonyos aspektusára összpontosít, pl. az akkerométer/giroszkóp érzékelő, kölcsönhatásba lépve egy okostelefonos alkalmazással bluetooth, az ultasonic érzékelő, a szervó stb. a gyakorlat vázlata feltölthető és elkészíthető. Ez segít összpontosítani a robot építésének örömét az oktatási tanulással.

Azért döntöttek az Arduino Uno használatáról, mert rendkívül gyakori és sok oktatási környezetben használják. A pajzson kívül szabványos polcmodulokat is használtunk, amelyek könnyen elérhetők. Az alváz 3D nyomtatással készült, a dizájn pedig elérhető a TinkerCAD -en.

Azt is megállapítottuk, hogy ez a robot segít inspirálni és bizalmat nyújtani a gyerekeknek abban, hogy saját alkotásaik építésén gondolkodjanak, és hogy ezt nem nehéz megtenni.

Minden vázlat jól megjegyzett, és a haladóbb tanulók módosíthatják vagy megírhatják saját vázlataikat. A robot általános platformot képezhet az Arduino és az elektronika megismerésére.

A robot a "LOFI blokkok" alkalmazással (https://lofiblocks.com/en/) is működik, így a gyerekek saját kódot írhatnak a SCRATCH -hoz hasonló grafikus környezetben.

Vegye figyelembe, hogy a fenti videó az 1. jelű modellt mutatja, a robot mostantól a RemoteXY bluetooth alkalmazást használja (amely mind az Andriod, mind az Apple eszközök számára elérhető), az MPU 6050 pedig a robotpajzson található (nem a csúszkában) robot - bár még mindig megtalálhatja, ha szeretné), és opcionális ultrahangos érzékelővel rendelkezik, amely csatlakoztatható a pajzshoz.

Köszönetnyilvánítás:

(1) a dőlésszög és a PID szabályozás a Brokking szoftverén alapul:

(2) RemoteXY alkalmazás:

(3) LOFI blokkok és LOFI Robot alkalmazás:

(4) jjrobotokra épülő fegyverek:

(5) minden vázlatot az Arduino Create webhelyen tárol:

(6) A 3D terveket a TinkerCAD tárolja:

Jogi nyilatkozat: Ezt az anyagot úgy szállítjuk, ahogy van, és nem vállalunk garanciát az anyag helyességére vagy más módon. A dokumentumban megnevezett harmadik féltől származó iPhone és Android alkalmazások használata a felhasználók saját felelősségére történik. A robot használhat lítium -ion akkumulátort, az akkumulátor és a tápegység használata a felhasználó saját felelősségére történik. A szerzők nem vállalnak felelősséget az ezen anyagot használó személyek vagy szervezetek, illetve a robot építése vagy használata során elszenvedett károkért.

1. lépés: Alkatrészlista

Ahhoz, hogy a robot a semmiből készüljön, sok lépés van, és elég sok időt és gondosságot igényel. Szükséged lesz egy 3D nyomtatóra, és jó lesz az elektronikai áramkörök forrasztásában és építésében.

A robot elkészítéséhez szükséges alkatrészek a következők:

(1) 3D nyomtatás a futóműre és a görgőkorong -hosszabbítóra

(2) Arduino Uno

(3) Építse fel a robotpajzsot

(4) MPU 6050, AT9 BLE Bluetooth modul, opcionális ultrahangos modul (minden csatlakozó a pajzshoz)

(5) SG90 szervó

(6) TT motorok és kerekek

(7) Készítse el a tápegységet (akár 6xAA elem, vagy Li -ion akkumulátor)

A mellékelt fájl elmagyarázza, hogyan lehet beszerezni és megépíteni az összes alkatrészt, kivéve a Li Ion tápegységet és a robotpajzsot, amelyek a következő lépésekben szerepelnek.

2. lépés: Robotpajzs

A robotpajzs NYÁK -tervezése Fritzingben történik, a Fritzing fájl csatolva, ha módosítani szeretné a kialakítást.

Szintén mellékelve vannak a pajzs NYÁK gerber fájljai, ezeket a fájlokat elküldheti egy NYÁK -gyártónak, hogy elkészítsék a pajzsot.

Például a következő gyártók 10 x NYÁK lapot készíthetnek körülbelül 5 USD + postaköltséggel:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

Mellékelve van a pajzs gyártmánya is.

3. lépés: Power Pack

A robothoz akár 6xAA elemet, vagy Li-ion akkumulátort építhet. Az utasítások mindkettőhöz mellékelve vannak.

Az AA elemet sokkal könnyebb megépíteni. Az elemek azonban csak körülbelül 20/30 percig tartanak, mielőtt cserélni kell őket. A szervó nem használható az AA elemmel, így nincs mozgó kar.

A Li Ion akkumulátor újratölthető, és az újratöltések között kb. 60 plusz percet vesz igénybe (a használt akkumulátor kapacitásától függően). A Li Ion akkumulátort azonban nehezebb megépíteni, és Li Ion akkumulátort használ, a Li Ion akkumulátorokat óvatosan kell kezelni.

A Li Ion akkumulátor csomag védőáramkört tartalmaz, amely megvédi az akkumulátort a feltöltéstől és az alultöltéstől, és a maximális áramot 4 Amperre korlátozza. Ezenkívül Li Ion töltőmodult is használ.

Használhat bármilyen Li Ion akkumulátort, amelynek kimenete körülbelül 7,2 volt, de szükség van egy kábelre a megfelelő robotpajzs dugóval.

Tudassa velem, ha van egy jó alternatív tápegysége. Az ok, amiért elkészítettem ezt a Li Ion csomagot, az, hogy egyetlen Li Ion cellát használ, ami azt jelenti, hogy viszonylag kicsi, és bármilyen mikro -USB -töltőről vagy bármilyen USB -portról, beleértve a számítógépet is, tölthető. Látott 7,2 voltos Li -ion tápegységek 2 cellát használnak, és speciális töltőt igényelnek, ami növeli a költségeket, és nem olyan kényelmes tölteni.

Ha úgy dönt, hogy megépíti a Li Ion akkumulátorcsomagot (vagy bármilyen Li Ion akkumulátort használ), tisztában kell lennie az ilyen akkumulátorokkal kapcsolatos biztonsági kérdésekkel, pl.

4. lépés: Robot gyakorlatok és vázlatok

Miután megszerezte az összes alkatrészt, a robot építése közben programozási gyakorlatokat végezhet, ha akar. Ezek a gyakorlatok a magyarázatokkal együtt elérhetők az Arduino Create webhelyen - az alábbi linkek az Arduino Create gyakorlatokhoz vezetnek - ezután megnyithatja és elmentheti a gyakorlatot az Arduino Create bejelentkezésbe.

A vázlatok robotra való feltöltéséhez győződjön meg arról, hogy telefonja nincs Bluetooth -kapcsolaton keresztül csatlakoztatva a robothoz - a Bluetooth -kapcsolat megakadályozza a feltöltést. Bár általában nincs rá szükség, a Bluetooth modul tűje 123456.

A 3., 5. és 7. gyakorlat a "LOFI robot" okostelefonos alkalmazást használja (vagy a "BLE joystick" alkalmazást - bár ez az alkalmazás nem mindig működik az Apple eszközökkel).

A 8. gyakorlat (a teljes robotvázlat) a „RemoteXY” okostelefonos alkalmazást használja a robot irányításához.

A LOFI blokkok vázlata a "LOFI blokkok" alkalmazást használja. (Megjegyzés: ez az alkalmazás a legjobban működik Apple eszközökön).

Amikor betölt egy gyakorlatot az Arduino Create programba, az arduino vázlaton kívül számos más lap is tartalmaz információt a gyakorlatról.

1. gyakorlat: Arduino Basics - villogni kezd a piros és zöld LED -ek a robot vezérlőpajzsán. Ezt a gyakorlatot az építés (3) lépése után végezheti el.

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

2. gyakorlat: Giroszkópos érzékelő - a gryók és a gyorsulásmérők megismerése. Ezt a gyakorlatot az építkezés (4) lépése után végezheti el. Használnia kell a „Soros monitort”, az átviteli sebesség 115200.

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

3. gyakorlat: Bluetooth -kapcsolat - hozzon létre Bluetooth -kapcsolatot, okostelefonos alkalmazással kapcsolja be és ki a robotvezérlő pajzs LED -jeit. Ezt a gyakorlatot az építés (5) lépése után végezheti el.

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

4. gyakorlat: Ultrahangos távolságérzékelő (opcionális) - ismerkedés az ultrahangos érzékelővel. Ezt a gyakorlatot az építés (5) lépése után végezheti el. Használnia kell a „Soros monitort”, az átviteli sebesség 115200.

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

5. gyakorlat: Szervo-mechanizmus-ismerkedjen meg a szervomechanizmussal és mozgassa a kart, okostelefonos alkalmazással vezérelje a szervokar szögét. Ezt a gyakorlatot a (8.) lépés után végezheti el. Használnia kell a „Soros monitort”, az átviteli sebesség 115200.

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

6. gyakorlat: Hajtómotorok - ismerkedjen meg a motorokkal, futtassa a hajtómotorokat előre és hátra. Az akkumulátor bekapcsolásához szükséges. Használnia kell a „Soros monitort”, az átviteli sebesség 115200.

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

7. gyakorlat: Alapkocsi - építsen egy egyszerű háromkerekű autót (3.kerék -rögzítésű robot), okostelefonos alkalmazással irányítjuk az autót. Az ultrahangos érzékelőt is használja a keze követésére. Ezt megteheti a konstrukció ugyanazon pontján, mint a fentiekben. Az akkumulátort be kell kapcsolni, és be kell helyezni a harmadik kerék tartozékát.

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

8. gyakorlat: Teljes kiegyensúlyozó robot - a teljes kiegyensúlyozó / háromkerekű robot kódja. A robot vezérléséhez használja a „RemoteXY” okostelefonos alkalmazást.

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

LOFI blokkok vázlata - a "LOFI Blocks" alkalmazás használatához töltse fel ezt a vázlatot a robotba. Ezután programozhatja a robotot a "LOFI Blocks" alkalmazással, amely a SCRATCH -hoz hasonló programozási blokkokat használ.

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

9. gyakorlat: Vonalkövető robot. Lehetőség van két vonalkövető érzékelő hozzáadására, és az ultrahangos dugó segítségével csatlakoztathatja a vonalkövető érzékelőket a robothoz. Megjegyzés: az érzékelők a D2 és D8 digitális tüskékhez vannak csatlakoztatva.

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

10. gyakorlat: Bluetooth -vezérlés. Bluetooth és telefonos alkalmazás (RemoteXY) használata a robot LED-jeinek és a szervo-mechanizmusnak a vezérlésére. Ebben a gyakorlatban a diákok megismerkednek a Bluetooth-szal, a telefonos alkalmazás használatával a valós dolgok irányításához, valamint a LED-ekhez és a szervo-mechanizmusokhoz.

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

5. lépés: A robotmatematika és a programstruktúra kiegyensúlyozása

A mellékelt fájl áttekintést nyújt a robot kiegyensúlyozó részének matematikájáról és szoftverstruktúrájáról.

Az egyensúlyozó robot mögött található matematika egyszerűbb és érdekesebb, mint gondolná.

A fejlettebb iskolai tanulók számára lehetőség van az egyensúlyozó robot matematika összekapcsolására a matematika és fizika tanulmányokkal, amelyeket a középiskolában végeznek.

A matematikában a robot segítségével bemutatható, hogyan alkalmazzák a trigometriát, a differenciálást és az integrációt a való világban. A kód megmutatja, hogy a számítógépek hogyan számítják ki a differenciálást és az integrációt, és azt találtuk, hogy a diákok mélyebben megértik ezeket a fogalmakat.

A fizikákban a gyorsulásmérők és a giroszkópok betekintést nyújtanak a mozgás törvényeibe, valamint gyakorlati ismereteket adnak a dolgokról, például arról, miért zajosak a gyorsulásmérők, és hogyan lehet enyhíteni az ilyen valós korlátokat.

Ez a megértés további vitákhoz vezethet, például a PID -szabályozáshoz és a visszacsatolási vezérlési algoritmusok intuitív megértéséhez.

Lehetőség van e robot építésének beépítésére az iskolai tantervbe, vagy egy iskola utáni programmal együtt, az általános iskolától a középiskolás diákokig.

6. lépés: Videó streaming kamera tartozék

Létrehoztunk egy málna PI -alapú videokamerát, amelyet a robot görgős hosszabbítójára lehet csatlakoztatni. Az WiFi segítségével továbbítja a streaming videofolyamot egy webböngészőhöz.

Külön tápegységet használ a robot számára, és önálló modul.

A fájl a gyártás részleteit tartalmazza.

Alternatív megoldásként más önálló videó streaming kamerákat, például a Quelima SQ13-at is fel lehet szerelni a görgőkorong-hosszabbítóra, például:

7. lépés: N20 motor használata TT motor helyett

Lehetőség van az N20 motor használatára a TT motor helyett.

A robot simábban fut és sokkal gyorsabban megy az N20 motorral.

Az általam használt N20 motorok 3V, 250 rpm N20 motorok, pl.

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

Az N20-as motorok nem olyan robusztusak, és nem tartanak sokáig, talán 5-10 órányi használat.

Az N20 motor megköveteli az N20 motortartók 3D nyomtatását, és van egy kerékbetét, amely lehetővé teszi, hogy a TT motorkerék illeszkedjen az N20 motor tengelytengelyéhez.

Az N20 motortartók megtalálhatók a "balrobot" kifejezés keresésével a tinkerCAD galériában.