HackerBoxes Robotika Műhely: 22 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

A HackerBoxes Robotics Workshopot úgy tervezték, hogy nagyon kihívást jelentő, de élvezetes bevezetést nyújtson a DIY robotrendszerekhez és általában a hobbiszerű elektronikához. A Robotika Műhely célja, hogy a résztvevőt megismertesse a következő fontos témákkal és tanulási célokkal:

• Sétáló robotok
• Hajtóműszerelvények a mozgás koordinálására
• Elektronikus projektek forrasztása
• Vázlatos kapcsolási rajzok
• Optikai érzékelők az autonóm kormányzáshoz és navigációhoz
• Analóg zárt hurkú vezérlő áramkörök
• Arduino programozás
• NodeMCU beágyazott RISC processzorok
• Wi-Fi a beágyazott processzorrendszerekben
• IoT vezérlés a Blyk platform segítségével
• Szervómotorok bekötése és kalibrálása
• Komplex robotszerelés és vezérlés integráció

A HackerBoxes a barkács elektronika és a számítástechnika havi előfizetési doboz szolgáltatása. Készítők, hobbisták és kísérletezők vagyunk. Ha HackerBoxes Műhelyt szeretne vásárolni, vagy havonta postai úton megkapja a nagyszerű elektronikai projektek HackerBoxes meglepetés előfizetési dobozát, kérjük, látogasson el hozzánk a HackerBoxes.com webhelyen, és csatlakozzon a forradalomhoz.

A HackerBox Műhelyek projektjei, valamint a havi előfizetési HackerBoxes projektek nem éppen kezdőknek szólnak. Általában némi előzetes DIY elektronikai expozíciót, alapvető forrasztási ismereteket és kényelmet igényelnek a mikrokontrollerekkel, számítógépes platformokkal, operációs rendszer jellemzőivel, függvénytáraival és egyszerű programkódolással. Az összes tipikus hobbiszerszámot használjuk a DIY elektronikai projektek építéséhez, hibakereséséhez és teszteléséhez is.

Hack the Planet!

1. lépés: A műhely tartalma

• RoboSpider készlet
• Autonóm vonalkövető robotkészlet
• Arduino robotkaros Wi-Fi vezérlő
• MeArm robotkar készlet
• Robotika Achievement Patch

További elemek, amelyek hasznosak lehetnek:

• Hét AA elem
• Alapvető forrasztóeszközök
• Számítógép az Arduino IDE futtatásához

Egy nagyon fontos kiegészítő elem, amire szükségünk lesz, egy igazi kalandérzet, barkácsoló szellem és hacker kíváncsiság. Bármilyen kaland elindítása készítőként és alkotóként izgalmas kihívás lehet. Különösen az ilyen típusú hobbielektronika nem mindig könnyű, de ha kitart és élvezi a kalandot, nagy megelégedést okozhat a kitartás és a kitalálás!

2. lépés: RoboSpider

Készítse el saját RoboSpiderjét ezzel a robotkészlettel. Nyolc, több csuklós lábat tartalmaz, amelyek megismétlik az igazi pókok mozgását. Vizsgálja meg a készlet részeit, és ellenőrizze az itt látható 71 darabot. Kitalálod, hogy az egyes darabokat mire használják a RoboSpider kivitelben?

3. lépés: RoboSpider - huzalozás

Először kösse be a motort és az akkumulátorházat a RoboSpider számára. A vezetékek egyszerűen az akkumulátor kivezetéseire csavarhatók, az utasításoknak megfelelően. A vezetékek azonban óvatosan a helyükre forraszthatók, ha kívánja.

4. lépés: RoboSpider - Mechanikus összeszerelés

Nagyon érdekes fogaskerék szerelvény van kialakítva minden lábpárhoz. Minden RoboSpider -nek négy ilyen két lábból álló szerelvénye van, amelyek nyolc különálló pókláb mozgását koordinálják. Jegyezze meg, hogy egy szerelvény van felszerelve a fogaskerekek beállításához.

A RoboSpider többi része az utasítások szerint összeszerelhető. Milyen típusú járási dinamikát mutat ez a RoboSpider?

5. lépés: Készüljünk fel a forrasztásra

A forrasztás olyan folyamat, amelyben két vagy több fémtárgyat (gyakran huzalokat vagy vezetékeket) kapcsolnak össze úgy, hogy a forrasztásnak nevezett töltőfémet megolvasztják a fémtárgyak közötti kötésbe. Különféle típusú forrasztóeszközök állnak rendelkezésre. A HackerBoxes Starter Workship tartalmaz egy kis készletet az alapvető eszközökből a kis elektronika forrasztásához:

• Forrasztópáka
• Csere tippek
• Forrasztópáka állvány
• Forrasztópáka -tisztító
• Forrasztó
• Forrasztó kanóc

Ha még nem ismeri a forrasztást, sok nagyszerű útmutató és videó található online a forrasztásról. Íme egy példa. Ha úgy érzi, hogy további segítségre van szüksége, próbálja meg megtalálni a helyi készítői csoportot vagy hackerhelyet a területen. Ezenkívül az amatőr rádiós klubok mindig kiváló források az elektronikai tapasztalatokhoz.

Forrasztás közben viseljen védőszemüveget

Ezenkívül szüksége lesz néhány izopropil -alkoholra és tamponra a forrasztási ízületeken visszamaradt barnás fluxusmaradványok tisztításához. Ha a helyén hagyják, ez a maradék korrodálja a fémet a csatlakozáson belül.

Végezetül érdemes megnézni Mitch Altman "A forrasztás egyszerű" képregényét.

6. lépés: Sorkövető robot

A vonalkövető (más néven vonalkövetési) robot követheti a fehér felületre rajzolt vastag fekete vonalat. A vonalnak körülbelül 15 mm vastagnak kell lennie.

7. lépés: Sorkövető robot - Séma és alkatrészek

Itt láthatók a vonalkövető robot alkatrészei, valamint a kapcsolási rajz. Próbálja azonosítani az összes részt. Miközben áttekinti az alábbi műveleti elméletet, nézze meg, hogy kitalálja -e az egyes részek célját, és talán még azt is, hogy miért határozták meg az értékeiket. A meglévő áramkörök "fordított tervezésével" való próbálkozás nagyszerű módja annak, hogy megtanulja saját tervezését.

A működés elmélete:

A vonal mindkét oldalán egy LED (D4 és D5) használható fényfolt kivetítésére az alatta lévő felületre. Ezeknek az alsó LED -eknek világos lencséik vannak, amelyek irányított fénysugarat képeznek, szemben a szórt sugárzással. Attól függően, hogy a LED alatti felület fehér vagy fekete, eltérő mennyiségű fény tükröződik vissza a megfelelő fényellenállásba (D13 és D14). A fotorezisztor körüli fekete cső segít a visszaverődött fény közvetlenül az érzékelőbe fókuszálásában. A fotorezisztor jeleit összehasonlítják az LM393 chipben annak megállapítása érdekében, hogy a robotnak egyenesen kell -e folytatnia, vagy el kell fordítania. Vegye figyelembe, hogy az LM393 két összehasonlítója azonos bemeneti jelekkel rendelkezik, de a jelek ellentétesen orientáltak.

A robot elforgatása úgy történik, hogy bekapcsolja az egyenáramú motort (M1 vagy M2) a kanyar külső részén, miközben a motort a kanyar belseje felé hagyja kikapcsolt állapotban. A motorokat a hajtás -tranzisztorok segítségével kapcsolják be és ki (Q1 és Q2). A tetején elhelyezett piros LED-ek (D1 és D2) megmutatják, hogy melyik motor van bekapcsolva egy adott időpontban. Ez a kormányzási mechanizmus a zárt hurkú vezérlés példája, és gyorsan alkalmazkodó útmutatást nyújt a robot pályájának nagyon egyszerű, de hatékony módon történő frissítéséhez.

8. lépés: Sorkövető robot - ellenállások

Az ellenállás passzív, két terminálos, elektromos alkatrész, amely áramköri elemként valósítja meg az elektromos ellenállást. Az elektronikus áramkörökben az ellenállásokat többek között az áramlás csökkentésére, a jelszint beállítására, a feszültségek felosztására, az aktív elemek előfeszítésére és az átviteli vonalak leállítására használják. Az ellenállások az elektromos hálózatok és az elektronikus áramkörök közös elemei, és mindenhol megtalálhatók az elektronikus berendezésekben.

A sorkövető robotkészlet négy különböző értékű axiális elvezetésű, átmenő lyukú ellenállást tartalmaz, amelyek színkódolt sávokkal rendelkeznek az ábrán látható módon:

• 10 ohm: barna, fekete, fekete, arany
• 51 ohm: zöld, barna, fekete, arany
• 1K ohm: barna, fekete, fekete, barna
• 3.3K ohm: narancs, narancs, fekete, barna

Az ellenállásokat az ábrán látható módon a nyomtatott áramköri lap (PCB) tetejéről kell behelyezni, majd alulról forrasztani. Természetesen az ellenállás helyes értékét kell behelyezni, feltüntették, nem cserélhetők. Az ellenállások azonban nem polarizáltak, és bármelyik irányba behelyezhetők.

9. lépés: Sorkövető robot - fennmaradó alkatrészek

Más áramköri elemek, amint az itt látható, beilleszthetők a NYÁK tetejéről és alul forraszthatók, akárcsak az ellenállások.

Ne feledje, hogy a négy fényérzékelő alkatrész valójában a NYÁK aljáról van behelyezve. A hosszú csavart a fényérzékelő alkatrészei közé helyezzük, és a nyitott anyával szorosan rögzítjük. Ezután a lekerekített sapka anyát sima vitorlázóként a csavar végére lehet helyezni.

Az ellenállásokkal ellentétben számos más alkatrész polarizált:

A tranzisztorok lapos és félkör alakú oldalúak. Amikor behelyezik a NYÁK-ba, győződjön meg arról, hogy ezek megegyeznek a NYÁK-on található fehér selyemnyomás-jelölésekkel.

A LED -ek hosszú és rövidebbek. A hosszú vezetéket össze kell illeszteni a + terminállal, ahogy a selyemképernyőn látható.

A doboz alakú elektrolit kondenzátorok negatív kapocsjelzővel (általában fehér csíkkal) rendelkeznek a doboz egyik oldalán. Az oldalon az ólom a negatív, a másik a pozitív. Ezeket be kell illeszteni a NYÁK-ba a selyemképernyőn lévő tüskés jelzők szerint.

A 8 tűs chip, a foglalata és a behelyezéséhez használt NYÁK-szitanyomás egyik végén félkör alakú jelzőfény található. Ezeket mindháromnál fel kell sorolni. Az aljzatot be kell forrasztani a NYÁK -ba, és a chipet nem szabad behelyezni a foglalatba, amíg a forrasztás befejeződött és le nem hűlt. Bár a chip közvetlenül a NYÁK -ba forrasztható, nagyon gyorsnak és óvatosnak kell lennie. Javasoljuk, hogy lehetőség szerint használjon aljzatot.

10. lépés: Sorkövető robot - akkumulátor

A kétoldalas szalag vékony, felső rétege lehúzható az akkumulátor rögzítéséhez. A vezetékek a NYÁK -on keresztül táplálhatók, és alul forraszthatók. A felesleges huzal hasznos lehet a motorok forrasztásához.

11. lépés: Sorkövető robot - motorok

A motorok vezetékei forraszthatók a NYÁK alján lévő párnákhoz, az ábrán látható módon. A vezetékek forrasztása után a kétoldalas szalag vékony, felső rétege eltávolítható, hogy a motorokat a NYÁK-hoz rögzítse.

12. lépés: Sorkövető robot - figyelje

A robotot követő sor öröm nézni. Csatlakoztasson néhány AA elemet, és hagyja szétrobbanni.

Szükség esetén a trimmer potenciométereit úgy lehet beállítani, hogy finomítsa a robot élérzékelését.

Ha bármilyen más "viselkedési" probléma merül fel a robottal kapcsolatban, akkor hasznos ellenőrizni az alsó négy érzékelő alkatrészének és különösen a fénycsövek körüli fekete cső illeszkedését.

Végül ügyeljen arra, hogy friss elemeket használjon. Rendellenes teljesítményt észleltünk, miután az akkumulátor lemerült.

13. lépés: Robotkar a MeArm -tól

A MeArm Robot Arm -ot úgy fejlesztették ki, hogy a világ legelérhetőbb tanulási eszköze és legkisebb, legmenőbb robotkarja legyen. A MeArm egy lapos csomagú robotkar készlet, amely lézerrel vágott akril lapokat és mikro szervókat tartalmaz. Csak csavarhúzóval és lelkesedéssel építheti fel. A Lifehacker webhely a "Tökéletes Arduino projekt kezdőknek" címmel írta le. A MeArm nagyszerű kialakítású és szórakoztató, de összeszerelése mindenképpen bonyolult lehet. Szánjon időt és legyen türelmes. Próbálja meg soha nem erőltetni a szervomotorokat. Ezzel kárt tehet a szervóban lévő apró műanyag fogaskerekekben.

A workshopon a MeArm okostelefonról vagy táblagépes alkalmazásról vezérelhető az Arduino fejlesztői platformhoz igazított NodeMCU Wi-Fi modul használatával. Ez az új vezérlőmechanizmus teljesen különbözik a MeArm dokumentációjában tárgyalt eredeti "agy" táblától, ezért ügyeljen arra, hogy kövesse a vezérlőre vonatkozó itt bemutatott utasításokat, és ne a MeArm eredeti dokumentációjában leírtakat. A MeArm akril alkatrészek és a szervomotorok összeszerelésével kapcsolatos mechanikai részletek változatlanok.

14. lépés: Robotkarú Wi -Fi vezérlő - Készítse elő az Arduino -t a NodeMCU számára

A NodeMCU egy nyílt forráskódú platform, amely az ESP8266 chipen alapul. Ez a chip tartalmaz egy 32 bites RISC processzort, amely 80 MHz-en fut, Wi-Fi (IEEE 802.11 b/g/n), RAM memória, Flash memória és 16 I/O érintkező.

A vezérlő hardverünk az itt bemutatott ESP-12 modulon alapul, amely tartalmaz egy ESP8266 chipet és a mellékelt Wi-Fi hálózati támogatást.

Az Arduino egy nyílt forráskódú elektronikai platform, amely könnyen használható hardverre és szoftverre épül. Azoknak szól, akik interaktív projekteket készítenek. Míg az Arduino platform általában az Atmel AVR mikrokontrollert használja, illesztő lehet más mikrovezérlőkkel való együttműködéshez, beleértve az ESP8266 -ot is.

A kezdéshez meg kell győződnie arról, hogy az Arduino IDE telepítve van a számítógépére. Ha nincs telepítve az IDE, akkor ingyenesen letöltheti (www.arduino.cc).

Szüksége lesz a számítógép operációs rendszerének (OS) illesztőprogramjaira is, hogy hozzáférjen a megfelelő Serial-USB chiphez a használt NodeMCU modulon. Jelenleg a legtöbb NodeMCU modul tartalmazza a CH340 soros-USB chipet. A CH340 chipek gyártójának (WCH.cn) minden népszerű operációs rendszerhez elérhető illesztőprogramja van. A legjobb, ha a Google által lefordított oldalt használja webhelyükhöz.

Miután telepítettük az Arduino IDE -t és telepítettük az operációs rendszer illesztőprogramjait az USB interfész chiphez, ki kell terjesztenünk az Ardino IDE -t az ESP8266 chiphez való használathoz. Futtassa az IDE -t, menjen a beállításokba, és keresse meg a "További fórumkezelő URL -címek" mezőt

Az ESP8266 Board Manager telepítéséhez illessze be ezt az URL -t:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

A telepítés után zárja be az IDE -t, majd indítsa újra.

Most csatlakoztassa a NodeMCU modult a számítógéphez a microUSB kábel segítségével.

Válassza ki az alaplap típusát az Arduino IDE -n NodeMCU 1.0 -ként

Itt található egy utasítás, amely átmegy az Arduino NodeMCU beállítási folyamatán, néhány különböző alkalmazás példa segítségével. Ez kissé eltért a célkitűzéstől, de hasznos lehet egy másik nézőpont megvizsgálása, ha elakad.

15. lépés: Robotkarú Wi -Fi vezérlő - Hackelje meg első NodeMCU programját

Amikor új hardvert csatlakoztatunk vagy új szoftvereszközt telepítünk, valami nagyon egyszerű próbálkozással szeretnénk meggyőződni arról, hogy működik. A programozók ezt gyakran "hello world" programnak nevezik. A beágyazott hardverek esetében (amit itt csinálunk) a "hello world" rendszerint egy LED (fénykibocsátó dióda) villog.

Szerencsére a NodeMCU beépített LED-del rendelkezik, amelyet villoghatunk. Ezenkívül az Arduino IDE rendelkezik egy példaprogrammal a LED -ek villogására.

Az Arduino IDE -n belül nyissa meg a blink nevű példát. Ha alaposan megvizsgálja ezt a kódot, láthatja, hogy váltakozva forgatja a 13. és a magas csapokat. Az eredeti Arduino táblákon a felhasználói LED a 13. érintkezőn van. A NodeMCU LED azonban a 16. érintkezőn van. Tehát szerkeszthetjük a blink.ino programot, hogy minden hivatkozást a 13 -as érintkezőre 16 -ra változtassunk. Ezután össze tudjuk állítani a programot és töltse fel a NodeMCU modulba. Ez néhány próbálkozást igényelhet, és szükségessé válhat az USB -illesztőprogram ellenőrzése, valamint a kártya és a port beállításainak ellenőrzése az IDE -ben. Szánjon rá időt és legyen türelmes.

Miután a program megfelelően feltöltötte az IDE -t, a „feltöltés befejeződött” felirat jelenik meg, és a LED villogni kezd. Nézze meg, mi történik, ha megváltoztatja a delay () függvény hosszát a programon belül, majd újra feltölti. Ez az, amire számítottál. Ha igen, feltörték az első beágyazott kódot. Gratulálunk!

16. lépés: Robotkarú Wi -Fi vezérlő - Példa szoftver kódra

A Blynk (www.blynk.cc) egy olyan platform, amely iOS és Android alkalmazásokat tartalmaz az Arduino, a Raspberry Pi és más hardverek interneten keresztüli vezérlésére. Ez egy digitális műszerfal, ahol grafikus felületet építhet a projekthez egyszerűen a widgetek húzásával. Tényleg egyszerű mindent beállítani, és rögtön elkezdi a bütykölést. Blynk online elérheti Önt, és készen áll a dolgok internetére.

Vessen egy pillantást a Blynk webhelyére, és kövesse az Arduino Blynk Library beállítására vonatkozó utasításokat.

Fogja meg az ArmBlynkMCU.ino Arduino programot, amely itt található. Észre fogja venni, hogy három karakterláncot kell inicializálni. Egyelőre figyelmen kívül hagyhatja ezeket, és csak győződjön meg arról, hogy le tudja fordítani és feltölteni a kódot a NodeMCU -ba. Ezt a programot be kell töltenie a NodeMCU -ba a szervomotorok kalibrálásának következő lépéséhez.

17. lépés: Robotkarú Wi -Fi vezérlő - szervomotorok kalibrálása

Az ESP-12E motorvédő panel támogatja a NodeMCU modul közvetlen csatlakoztatását. Óvatosan állítsa be a sorba, és helyezze be a NodeMCU modult a motorvédő panelre. Csatlakoztassa a négy szervót is a pajzshoz az ábrán látható módon. Vegye figyelembe, hogy a csatlakozók polarizáltak, és az ábrán látható módon kell irányítaniuk.

Az utolsó lépésben betöltött NodeMCU kód inicializálja a szervókat a kalibrálási helyzetükbe, ahogy az itt látható, és a MeArm dokumentációjában tárgyaljuk. Ha a szervokarokat a megfelelő tájolásban rögzíti, miközben a szervók a kalibrálási helyzetükbe vannak állítva, akkor a négy szervó mindegyikéhez megfelelő kezdőpont, végpont és mozgástartomány van beállítva.

Az akkumulátor használatáról a NodeMCU és a MeArm szervomotorokkal:

Az akkumulátor vezetékeket az akkumulátor bemeneti csavarjainak csatlakozóira kell kötni. A motorpajzson található egy műanyag bekapcsológomb, amely aktiválja az akkumulátor bemenetét. Az apró műanyag jumperblokkot arra használják, hogy a motorpajzsról áramot juttassanak a NodeMCU -hoz. Ha nincs telepítve az áthidaló blokk, a NodeMCU képes táplálni magát az USB -kábelről. Ha az áthidaló blokk telepítve van (az ábrán látható módon), az akkumulátor áramellátása a NodeMCU modulhoz történik.

18. lépés: Robotkaros felhasználói felület - Integrálás a Blynk segítségével

Most már beállíthatjuk a Blynk alkalmazást a szervomotorok vezérlésére.

Telepítse a Blyk alkalmazást iOS vagy Android mobileszközére (okostelefon vagy táblagép). A telepítés után állítson be egy új Blynk projektet, amely négy csúszkával rendelkezik a négy szervomotor vezérléséhez. Jegyezze meg a Blynk engedélyezési tokent, amelyet az új Blynk projekthez generált. A beillesztés megkönnyítése érdekében e -mailben elküldheti.

Szerkessze az ArmBlynkMCU.ino Arduino programot a három karakterlánc kitöltéséhez:

• Wi-Fi SSID (a Wi-Fi hozzáférési ponthoz)
• Wi-Fi jelszó (a Wi-Fi hozzáférési ponthoz)
• Blynk engedélyezési token (a Blynk projektből)

Most fordítsa össze és töltse fel a frissített kódot, amely tartalmazza a három karakterláncot.

Ellenőrizze, hogy a négy szervomotor Wi-Fi-n keresztül mozgatható-e a mobileszköz csúszkáival.

19. lépés: Robotkar - mechanikus összeszerelés

Most folytathatjuk a MeArm mechanikus összeszerelését. Mint korábban említettük, ez egy kicsit trükkös lehet. Szánjon időt és legyen türelmes. Próbálja meg nem erőltetni a szervomotorokat.

Ne feledje, hogy ezt a MeArm-ot a NodeMCU Wi-Fi modul vezérli, amely teljesen különbözik a MeArm dokumentációjában tárgyalt eredeti "agy" táblától. Ügyeljen arra, hogy kövesse a vezérlőre vonatkozó itt megadott utasításokat, és ne a MeArm eredeti dokumentációjában leírtakat.

A teljes mechanikai szerelés részletei ezen az oldalon találhatók. A MeArm v1.0 Build Guide for Build címkével vannak ellátva.

20. lépés: Online források a robotika tanulmányozásához

Egyre több online robotikai tanfolyam, könyv és egyéb forrás található…

• Stanford tanfolyam: Bevezetés a robotikába
• Columbia tanfolyam: Robotika
• MIT tanfolyam: Le nem gyakorolt robotika
• Robotika WikiBook
• Robotika tanfolyam
• Számítástechnika tanulása robotokkal
• Robotika demisztifikálva
• Robotmechanizmusok
• Matematikai robot manipuláció
• Oktatási robotok a Lego NXT -vel
• LEGO Oktatás
• Élvonalbeli robotika
• Beágyazott robotika
• Autonóm mobil robotok
• Hegymászó és sétáló robotok
• Hegymászó és sétáló robotok Új alkalmazások
• Humanoid robotok
• Robot fegyverek
• Robotmanipulátorok
• A robotmanipulátorok fejlődése
• AI Robotika

Ezeknek és más forrásoknak a feltárása folyamatosan bővíti ismereteit a robotika világáról.

21. lépés: Robotika elérési javítás

Gratulálunk! Ha minden erőfeszítést megtett ezekben a robotikai projektekben, és továbbfejlesztette tudását, akkor büszkén viselje a mellékelt eredményfoltot. Tudassa a világgal, hogy Ön a szervók és érzékelők mestere.

22. lépés: Hack the Planet

Reméljük, élvezni fogja a HackerBoxes Robotics Workshopot. Ez és más műhelyek megvásárolhatók a HackerBoxes.com webáruházból, ahol előfizethet a havi HackerBoxes előfizetési dobozra, és havonta nagyszerű projekteket küldhet közvetlenül a postaládájába.

Kérjük, ossza meg sikerét az alábbi megjegyzésekben és/vagy a HackerBoxes Facebook csoportban. Mindenképpen tudassa velünk, ha kérdése van, vagy segítségre van szüksége. Köszönjük, hogy részese vagy a HackerBoxes kalandjának. Készítsünk valami nagyszerűt!