Balancing Robot / 3 Wheel Robot / STEM Robot: 8 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Bumuo kami ng pinagsamang pagbabalanse at 3 wheel robot para sa edcuational na paggamit sa mga paaralan at pagkatapos ng mga programang pang-edukasyon. Ang robot ay batay sa isang Arduino Uno, isang pasadyang kalasag (lahat ng ibinigay na mga detalye sa konstruksyon), isang pack ng baterya ng Li Ion (lahat ng ibinigay na mga detalye sa konstruksyon) o isang 6xAA na baterya pack, isang MPU 6050, isang module na BLE bluetooth, isang module ng ultrasonic (opsyonal) at isang servo upang ilipat ang isang braso. Mayroon ding malawak na materyal sa edukasyon na magagamit handa nang gamitin sa mga silid sa klase.

Ang nakalakip na dokumento ay ang mga tagubiling ibinigay sa mga bata upang mabuo ang robot sa isang serye ng mga hakbang na nagbibigay ng pag-aaral ng edukasyon sa bawat hakbang. Ito ang dokumentong ibinigay sa mga paaralan at pagkatapos ng mga programa sa paaralan.

Mayroong 7 pagsasanay na maaaring gawin bago i-upload ang buong balaning / 3 wheel robot sketch. Ang bawat isa sa mga pagsasanay ay nakatuon sa isang partikular na aspeto ng robot, hal. ang accerometer / gyroscope sensor, nakikipag-ugnay sa isang smart phone app na gumagamit ng bluetooth, ang ultrasonic sensor, ang servo atbp. Ang mga pagsasanay ay isinama sa pisikal na konstruksyon ng robot, kaya't kapag sapat na ang robot ay naitayo upang magsagawa ng ehersisyo, ang sketch para sa ehersisyo ay maaaring ma-upload at magawa. Nakakatulong ito upang ituon ang kasiyahan ng pagbuo ng robot sa pag-aaral na pang-edukasyon.

Napagpasyahan na gumamit ng isang Arduino Uno becasue ito ay napaka-pangkaraniwan at ginagamit sa maraming mga setting ng pang-edukasyon. Gumamit din kami, maliban sa kalasag, pamantayang mga module ng na-istante na madaling magagamit. Ang chassis ay naka-print sa 3D at magagamit ang disenyo sa TinkerCAD.

Nalaman din namin na ang robot na ito ay tumutulong upang magbigay ng inspirasyon at magbigay ng kumpiyansa sa mga bata na isipin ang tungkol sa pagbuo ng kanilang sariling mga nilikha at hindi mahirap gawin ito.

Ang lahat ng mga sketch ay mahusay na nagkomento at ang mga mas advanced na mag-aaral ay maaaring baguhin o sumulat ng kanilang sariling mga sketch. Ang robot ay maaaring bumuo ng isang pangkalahatang platform para sa pag-alam tungkol sa Arduino at electronics.

Gumagana rin ang robot sa "LOFI blocks" app (https://lofiblocks.com/en/), kaya't ang mga bata ay maaaring magsulat doon ng sariling code sa isang grapikong kapaligiran na katulad ng SCRATCH.

Tandaan na ipinapakita ng video sa itaas ang modelo ng mark 1, ang robot ngayon ay gumagamit ng RemoteXY bluetooth app (na magagamit para sa parehong mga Andriod at Apple device), ang MPU 6050 ay matatagpuan ngayon sa kalasag ng robot (wala sa slider sa ilalim ng robot - kahit na maaari mo pa rin itong hanapin doon kung nais mo) at mayroong isang opsyonal na ultrasonic sensor na maaaring mai-plug sa kalasag.

Mga Pagkilala:

(1) angulo ng pitch at kontrol ng PID ay batay sa software ng Brokking:

(2) RemoteXY app:

(3) Mga LOFI Blocks at LOFI Robot app:

(4) mga bisig batay sa jrrobots:

(5) lahat ng mga sketch ay nakaimbak sa Arduino Lumikha:

(6) Ang mga disenyo ng 3D ay nakaimbak sa TinkerCAD:

Pagwawaksi: Ang materyal na ito ay ibinibigay tulad ng, na walang warranty ng kawastuhan o kung hindi man sa materyal na ito. Ang paggamit ng mga 3rd party na iPhone at Android apps na pinangalanan sa dokumentong ito ay nasa peligro ng mga gumagamit. Ang robot ay maaaring gumamit ng isang baterya ng baterya ng Lithium Ion, ang paggamit ng baterya at power pack ay nasa panganib ng mga gumagamit. Walang pananagutan ang mga may-akda para sa mga pagkalugi na dinanas ng sinumang tao o samahan na gumagamit ng materyal na ito o mula sa pagbuo o paggamit ng robot.

Hakbang 1: Listahan ng Mga Bahagi

Upang gawin ang robot mula sa simula, maraming mga hakbang at kakailanganin ng maraming oras at pangangalaga. Kakailanganin mo ang isang 3D printer, at maging mahusay sa paghihinang at pagtatayo ng mga electonic circuit.

Ang mga bahagi na kinakailangan upang gawin ang robot ay:

(1) 3D na naka-print ang chasis at extension ng caster wheel

(2) Arduino Uno

(3) Buuin ang kalasag ng robot

(4) MPU 6050, AT9 BLE Bluetooth module, opsyonal na ultrasonic module (lahat ng plug sa kalasag)

(5) SG90 servo

(6) TT mga motor at gulong

(7) Buuin ang power pack (alinman sa 6xAA baterya pack o Li Ion baterya pack)

Ipinapaliwanag ng naka-attach na file kung paano makukuha at maitayo ang lahat ng mga bahagi maliban sa Li Ion power pack at ang robot na kalasag, na sakop sa mga susunod na hakbang.

Hakbang 2: Robot Shield

Ang disenyo ng PCB para sa kalasag ng robot ay tapos na sa Fritzing, nakakabit na Fritzing file kung nais mong baguhin ang disenyo.

Nakalakip din ang mga gerber file para sa PCB ng kalasag, maaari mong ipadala ang mga file na ito sa isang PCB manufaturer para sa kanila na gumawa ng kalasag.

Halimbawa, ang mga sumusunod na tagagawa ay maaaring gumawa ng 10 x PCB boards para sa halos $ 5 + na selyo:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

Nakalakip din ang gumawa ng dokumento para sa kalasag.

Hakbang 3: Power Pack

Maaari kang bumuo ng alinman sa isang 6xAA-baterya pack o isang Li Ion baterya pack para sa robot. Ang mga tagubilin para sa pareho ay nakakabit.

Ang pack na AA-baterya ay mas madaling mabuo. Gayunpaman ang baterya ay tatagal lamang ng tinatayang 20/30 minuto bago kailanganing mapalitan. Gayundin ang servo ay hindi maaaring gamitin sa pack na AA-baterya kaya walang gumagalaw na braso.

Ang pack ng baterya ng Li Ion ay maaaring muling magkarga at tumatagal ng humigit-kumulang 60 plus minuto sa pagitan ng mga recharge (depende sa kapasidad ng ginamit na baterya). Gayunpaman, ang pack ng baterya ng Li Ion ay mas mahirap mabuo at gumagamit ng isang baterya ng Li Ion, ang mga baterya ng Li Ion ay kailangang hawakan nang may pag-iingat.

Ang pack ng baterya ng Li Ion ay may kasamang isang circuit ng proteksyon, na pinoprotektahan ang baterya mula sa higit pa at sa ilalim ng singil at nililimitahan ang kasalukuyang kasalukuyang sa 4 Amps. Gumagamit din ito ng module ng pagsingil ng Li Ion.

Maaari kang gumamit ng anumang baterya ng baterya ng Li Ion na may output na humigit-kumulang na 7.2 volts, ngunit kakailanganin mong gumawa ng isang kable na may naaangkop na plug ng robot na kalasag.

Ipaalam sa akin kung mayroon kang isang mahusay na alternatibong power pack. Ang dahilan kung bakit ko nabuo ang Li Ion pack na ito ay gumagamit ito ng isang solong Li Ion cell na nangangahulugang maliit ito at maaaring singilin mula sa anumang micro USB charger o mula sa anumang USB port kabilang ang isang computer. Ang mga pack ng power ng Li Ion ay nakita ko sa paligid ng 7.2 volts na gumagamit ng 2 cells at nangangailangan ng isang espesyal na charger, na nagdaragdag ng gastos at hindi gaanong singilin.

Kung pinili mong buuin ang baterya ng baterya ng Li Ion (o gumamit ng anumang baterya ng baterya ng Li Ion) dapat mong malaman ang mga isyu sa kaligtasan sa mga naturang baterya, hal.

Hakbang 4: Mga Ehersisyo at Sketch ng Robot

Kapag nakuha mo na ang lahat ng mga bahagi, habang binubuo mo ang robot maaari kang gumawa ng mga pagsasanay sa programa kasama ang paraan kung nais mo. Ang mga pagsasanay na ito kasama ang mga paliwanag ay magagamit sa Arduino Lumikha - ang mga link sa ibaba ay magdadala sa iyo sa pagsasanay na Lumikha ng Arduino - maaari mo nang buksan at mai-save ang ehersisyo sa iyong Arduino Lumikha ng pag-login.

Upang mag-upload ng mga sketch sa robot siguraduhin na ang iyong telepono ay hindi konektado sa robot sa pamamagitan ng Bluetooth - pinipigilan ng isang koneksyon sa Bluetooth ang pag-upload. Bagaman sa pangkalahatan ay hindi kinakailangan, ang pin para sa module ng Bluetooth ay 123456.

Ang mga ehersisyo na 3, 5 at 7 ay gumagamit ng "LOFI robot" na smart phone app (o ang "BLE joystick" app - kahit na ang app na ito ay hindi laging gumagana sa mga aparatong Apple).

Ang Exercies 8 (ang buong robot sketch) ay gumagamit ng "RemoteXY" na smart phone app upang makontrol ang robot.

Gumagamit ang sketch ng LOFI Blocks ng "LOFI Blocks" app. (tandaan ang app na ito ay pinakamahusay na gumagana sa mga aparatong Apple).

Kapag nag-load ka ng ehersisyo sa Arduino Lumikha, bilang karagdagan sa sketch ng arduino, maraming mga iba pang mga tab na nagbibigay ng impormasyon tungkol sa ehersisyo.

Pagsasanay 1: Mga Pangunahing Kaalaman sa Arduino –blink ang mga LED sa robot na kalasag sa kontrol ng pula at berde. Maaari mong gawin ang pagsasanay na ito pagkatapos ng Hakbang (3) sa konstruksyon.

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

Exercise 2: Gyro Sensor - pamilyar sa mga gryo at accelerometers. Maaari mong gawin ang pagsasanay na ito pagkatapos ng Hakbang (4) sa konstruksyon. Kailangan mong gamitin ang "Serial Monitor", na ang rate ng baud ay nakatakda sa 115200.

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

Exercise 3: Bluetooth Link - magtaguyod ng isang link sa Bluetooth, gumamit ng isang smart phone app upang i-on at i-off ang mga LED sa proteksyon ng robot na kalasag. Maaari mong gawin ang pagsasanay na ito pagkatapos ng Hakbang (5) sa konstruksyon.

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

Exercise 4: Ultrasonic distansya sensor (opsyonal) - pamilyar sa ultrasonic sensor. Maaari mong gawin ang pagsasanay na ito pagkatapos ng Hakbang (5) sa konstruksyon. Kailangan mong gamitin ang "Serial Monitor", na ang rate ng baud ay nakatakda sa 115200.

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

Exercise 5: Servo-mekanismo - pamilyar sa mekanismo ng servo at paggalaw ng braso, gumamit ng isang smart phone app upang makontrol ang anggulo ng servo arm. Maaari mong gawin ang pagsasanay na ito pagkatapos ng Hakbang (8) sa konstruksyon. Kailangan mong gamitin ang "Serial Monitor", na ang rate ng baud ay nakatakda sa 115200.

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

Pagsasanay 6: Magmaneho ng mga motor - pamilyar sa mga motor, patakbuhin ang mga motor sa pagmamaneho pasulong at paatras. Kinakailangan upang buksan ang pack ng baterya. Kailangan mong gamitin ang "Serial Monitor", na ang rate ng baud ay nakatakda sa 115200.

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

Exercise 7: Pangunahing Kotse - bumuo ng isang simpleng kotse na may tatlong gulong (robot na may kalakip na ika-3 gulong), gumagamit kami ng isang smart phone app upang makontrol ang kotse. Gumagamit din ang ultrasonic sensor upang sundin ang iyong kamay. Maaari mo itong gawin sa parehong punto sa konstruksyon tulad ng nasa itaas. Kailangan ang baterya upang mabuksan at ipasok ang ikabit ng ika-3 gulong.

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

Exercise 8: Full balancing robot - ang code para sa buong balancing / three wheel robot. Gamitin ang smart phone app na "RemoteXY" upang makontrol ang robot.

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

Mga LOFI Blocks Sketch - upang magamit ang "LOFI Blocks" app na i-upload ang sketch na ito sa robot. Maaari mo nang mai-program ang robot gamit ang "LOFI Blocks" app na gumagamit ng mga bloke ng programa na katulad ng SCRATCH.

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

Exercise 9: Line Tracing robot. Posibleng magdagdag ng dalawang linya ng mga sensor ng pagsubaybay, at gamitin ang plug ng ultrasonik upang ikonekta ang mga linya ng pagsubaybay sa mga sensor sa robot. Tandaan, ang mga sensor ay konektado sa mga digital na pin na D2 at D8.

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

Exercise 10: Bluetooth Control. Ang paggamit ng Bluetooth at isang app ng telepono (RemoteXY) upang makontrol ang mga robot na LED at ang mekanismo ng servo-mekanismo. Sa pagsasanay na ito natututo ang mga mag-aaral tungkol sa Bluetooth, kung paano gumamit ng isang app ng telepono upang makontrol ang mga totoong bagay sa mundo at malaman ang tungkol sa mga LED at servo-mekanismo.

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

Hakbang 5: Pagbabalanse ng Robot Maths at Istraktura ng Program

Ang nakalakip na file ay nagbibigay ng isang pangkalahatang-ideya ng matematika at istraktura ng software ng bahagi ng pagbabalanse ng robot.

Ang matematika sa likod ng robot ng pagbabalanse ay mas simple at mas kawili-wili kaysa sa maaari mong isipin.

Para sa mga mas advanced na mag-aaral sa paaralan posible na maiugnay ang pagbabalanse ng matematika ng robot, sa mga pag-aaral sa matematika at pisika na ginagawa nila sa high school.

Sa matematika ang robot ay maaaring magamit upang maipakita kung paano inilapat ang trigometry, pagkita ng pagkakaiba at pagsasama sa totoong mundo. Ipinapakita ng code kung paano ang pagkita ng pagkakaiba at pagsasama ay kinakalkula ayon sa bilang ng mga computer, at nalaman namin na ang mga mag-aaral ay nakakakuha ng mas malalim na pag-unawa sa mga konseptong ito.

Sa physcis ang mga accelerometers at gyroscope ay nagbibigay ng pananaw sa mga batas ng paggalaw, at isang pratical na pag-unawa sa mga bagay tulad ng bakit maingay ang mga sukat ng accelerometer at kung paano mapagaan ang gayong totoong mga limitasyon sa mundo.

Ang pag-unawa na ito ay maaaring humantong sa karagdagang mga talakayan halimbawa, kontrol ng PID at isang madaling maunawaan na pag-uugali ng mga control algorthms ng feedback.

Posibleng isama ang pagbuo ng robot na ito sa kurikulum ng paaralan, o kasabay ng isang pagkatapos ng programa sa paaralan, mula sa pangunahing hanggang sa mga mag-aaral sa antas ng mataas na paaralan.

Hakbang 6: Accessory ng Video Streaming Camera

Lumikha kami ng isang raspberry PI batay sa video camera na maaaring mai-attach sa extension ng caster wheel sa robot. Gumagamit ang WiFi ng WiFi upang maipalipat ang streaming na stream ng video sa isang web browser.

Gumagamit ito ng isang hiwalay na supply ng kuryente sa robot at isang standalone module.

Nagbibigay ang file ng mga detalye sa paggawa.

Bilang kahalili, ang ibang mga nakapag-iisang camera ng streaming ng video tulad ng Quelima SQ13 ay maaaring ikabit sa caster wheel extension, hal.:

Hakbang 7: Paggamit ng N20 Motors Sa halip na TT Motors

Posibleng gamitin ang N20 motor sa halip na ang TT motor.

Ang robot ay tumatakbo mas makinis at mas mabilis na tumatakbo sa N20 motor.

Ang N20 motor na ginamit ko ay 3V, 250rpm N20 motor, hal.

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

Ang mga motor na N20 ay hindi kasing matatag at hindi magtatagal, marahil 5-10 na oras ng paggamit.

Hinihiling sa iyo ng N20 motor na i-print ang 3D ang mga motor ng N20 motor, at mayroong insert ng gulong upang paganahin ang isang TT motor wheel na magkasya sa axial shaft ng N20 motor.

Ang N20 motor mount ay matatagpuan sa pamamagitan ng paghahanap ng "balrobot" sa tinkerCAD gallery.

Hakbang 8: