Robot de echilibrare / robot cu 3 roți / robot STEM: 8 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Am construit un robot combinat de echilibrare și 3 roți pentru utilizare educațională în școli și programe educaționale după școală. Robotul se bazează pe un Arduino Uno, un scut personalizat (toate detaliile de construcție furnizate), un pachet de baterii Li Ion (toate detaliile de construcție furnizate) sau un pachet de baterii 6xAA, un MPU 6050, un modul Bluetooth BLE, un modul cu ultrasunete (opțional)) și un servo pentru a mișca un braț. Există, de asemenea, materiale educative extinse disponibile gata de utilizare în sălile de clasă.

Documentul atașat este instrucțiunile date copiilor de a construi robotul într-o serie de pași care oferă învățare educațională la fiecare pas. Acesta este documentul furnizat școlilor și programelor după școală.

Există 7 exerciții care pot fi făcute înainte de încărcarea schiței complete a robotului balaning / 3 roți. Fiecare dintre exerciții se concentrează pe un anumit aspect al robotului, de ex. senzorul de acerometru / giroscop, care interacționează cu o aplicație de telefon inteligent folosind bluetooth, senzorul ultrasonic, servo etc. schița pentru exercițiu poate fi încărcată și realizată. Acest lucru ajută la concentrarea distracției de a construi robotul prin învățare educațională.

S-a decis să se utilizeze un Arduino Uno pentru că este extrem de obișnuit și folosit în multe decoruri educaționale. De asemenea, am folosit, altele decât scutul, module standard ale raftului, care sunt ușor disponibile. Șasiul este imprimat 3D, iar designul este disponibil pe TinkerCAD.

Am constatat, de asemenea, că acest robot ajută la inspirația și asigurarea încrederii copiilor să se gândească la construirea propriilor creații și că nu este dificil să o faci.

Toate schițele sunt bine comentate și elevii mai avansați își pot modifica sau scrie propriile schițe. Robotul poate forma o platformă generală pentru învățarea despre Arduino și electronice.

Robotul funcționează și cu aplicația „blocuri LOFI” (https://lofiblocks.com/en/), astfel încât copiii pot scrie propriul cod într-un mediu grafic similar SCRATCH.

Rețineți că videoclipul de mai sus arată modelul marca 1, robotul utilizează acum aplicația Bluetooth RemoteXY (care este disponibilă atât pentru dispozitivele Andriod, cât și pentru dispozitivele Apple), MPU 6050 este acum amplasat pe ecranul robotului (nu în glisorul din partea de jos a robot - deși îl puteți localiza în continuare dacă doriți) și are un senzor cu ultrasunete opțional care poate fi conectat la scut.

Mulțumiri:

(1) unghiul de pitch și controlul PID se bazează pe software de Brokking:

(2) Aplicație RemoteXY:

(3) Aplicația LOFI Blocks și LOFI Robot:

(4) arme bazate pe jjrobots:

(5) toate schițele sunt stocate pe Arduino Creați:

(6) Proiectele 3D sunt stocate pe TinkerCAD:

Declinare de responsabilitate: Acest material este furnizat ca atare, fără nicio garanție a corectitudinii sau altfel a acestui material. Utilizarea aplicațiilor iPhone și Android de la terțe părți numite în acest document este pe riscul utilizatorilor. Robotul poate utiliza un pachet de baterii litiu-ion, utilizarea bateriei și a pachetului de alimentare este pe riscul utilizatorilor. Autorii nu își asumă nicio răspundere pentru pierderile suferite de orice persoană sau organizație care utilizează acest material sau din construcția sau utilizarea robotului.

Pasul 1: Lista pieselor

Pentru a face robotul de la zero, există mulți pași și va dura destul timp și grijă. Veți avea nevoie de o imprimantă 3D și veți fi buni la lipire și la construcția circuitelor electonice.

Piesele necesare pentru fabricarea robotului sunt:

(1) Imprimați 3D extensia roții de rotire și rotiță

(2) Arduino Uno

(3) Construiți scutul robotului

(4) MPU 6050, modul AT9 BLE Bluetooth, modul cu ultrasunete opțional (toate se conectează la scut)

(5) Servo SG90

(6) Motoare și roți TT

(7) Construiți pachetul de alimentare (fie pachet de baterii 6xAA, fie pachet de baterii Li Ion)

Fișierul atașat explică cum să obțineți și să construiți toate piesele, cu excepția pachetului de alimentare Li Ion și a ecranului robotului, care sunt acoperite în pașii următori.

Pasul 2: Scutul robotului

Proiectarea PCB pentru scutul robotului se face în Fritzing, atașat este fișierul Fritzing dacă doriți să modificați designul.

De asemenea, sunt atașate fișierele gerber pentru PCB-ul scut, puteți trimite aceste fișiere la un fabricant de PCB pentru ca acestea să fabrice scutul.

De exemplu, următorii producători pot face 10 x plăci PCB pentru aproximativ 5 USD + poștă:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

De asemenea, este atașat documentul make pentru scut.

Pasul 3: Power Pack

Puteți construi fie un pachet de baterii 6xAA, fie un pachet de baterii Li Ion pentru robot. Instrucțiunile pentru ambele sunt atașate.

Pachetul de baterii AA este mult mai ușor de construit. Cu toate acestea, bateriile durează doar aproximativ 20/30 minute înainte de a fi nevoie să fie înlocuite. De asemenea, servo-ul nu poate fi utilizat cu pachetul de baterii AA, deci nu există braț în mișcare.

Acumulatorul Li Ion poate fi reîncărcat și durează aproximativ 60 plus minute între reîncărcări (în funcție de capacitatea bateriei utilizate). Cu toate acestea, acumulatorul Li Ion este mai dificil de construit și folosește o baterie Li Ion, bateriile Li Ion trebuie manipulate cu grijă.

Acumulatorul Li Ion include un circuit de protecție, care protejează bateria de supra și sub încărcare și limitează curentul maxim la 4 Amperi. De asemenea, folosește un modul de încărcare Li Ion.

Puteți utiliza orice acumulator Li Ion care are o putere de aproximativ 7,2 volți, dar ar trebui să faceți un cablu cu mufa de protecție a robotului corespunzătoare.

Spuneți-mi dacă aveți o alternativă bună. Motivul pentru care am alcătuit acest pachet Li Ion este că folosește o singură celulă Li Ion, ceea ce înseamnă că este relativ mic și poate fi încărcat de la orice încărcător micro USB sau de la orice port USB, inclusiv un computer. Pachetele de energie Li Ion pe care le-am văzut în jur de 7,2 volți folosesc 2 celule și necesită un încărcător special, ceea ce mărește costul și nu este la fel de convenabil să se încarce.

Dacă alegeți să construiți acumulatorul Li Ion (sau să utilizați orice acumulator Li Ion) ar trebui să fiți conștienți de problemele de siguranță cu astfel de baterii, de ex.

Pasul 4: Exerciții și schițe de roboți

Odată ce ați obținut toate părțile, pe măsură ce construiți robotul, puteți face exerciții de programare pe parcurs, dacă doriți. Aceste exerciții împreună cu explicații sunt disponibile pe Arduino Create - linkurile de mai jos vă duc la exercițiile Arduino Create - puteți apoi deschide și salva exercițiul în datele de conectare Arduino Create.

Pentru a încărca schițe pe robot, asigurați-vă că telefonul dvs. nu este conectat la robot prin Bluetooth - o conexiune Bluetooth împiedică încărcarea. Deși, în general, nu este necesar, pinul pentru modulul Bluetooth este 123456.

Exercițiile 3, 5 și 7 folosesc aplicația pentru telefoane inteligente „robot LOFI” (sau aplicația „Joystick BLE” - deși această aplicație nu funcționează întotdeauna cu dispozitivele Apple).

Exercițiile 8 (schița completă a robotului) utilizează aplicația de telefon inteligent „RemoteXY” pentru a controla robotul.

Schița LOFI Blocks folosește aplicația „LOFI Blocks”. (rețineți că această aplicație funcționează cel mai bine pe dispozitivele Apple).

Când încărcați un exercițiu în Arduino Create, pe lângă schița arduino, există o serie de alte file care oferă informații despre exercițiu.

Exercițiul 1: Noțiuni de bază despre Arduino - clipește LED-urile de pe ecranul de control al robotului roșu și verde. Puteți face acest exercițiu după Pasul (3) din construcție.

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

Exercițiul 2: Gyro Sensor - familiarizarea cu griozele și accelerometrele. Puteți face acest exercițiu după Pasul (4) din construcție. Trebuie să utilizați „Serial Monitor”, cu rata de transmisie setată la 115200.

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

Exercițiul 3: Bluetooth Link - stabiliți o legătură Bluetooth, utilizați o aplicație pentru telefon inteligent pentru a porni și opri LED-urile de pe scutul de control al robotului. Puteți face acest exercițiu după Pasul (5) din construcție.

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

Exercițiul 4: Senzor de distanță cu ultrasunete (opțional) - familiarizarea cu senzorul cu ultrasunete. Puteți face acest exercițiu după Pasul (5) din construcție. Trebuie să utilizați „Serial Monitor”, cu rata de transmisie setată la 115200.

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

Exercițiul 5: Servo-mecanism - familiarizați-vă cu mecanismul servo și mișcați brațul, utilizați o aplicație pentru telefon inteligent pentru a controla unghiul brațului servo. Puteți face acest exercițiu după Pasul (8) din construcție. Trebuie să utilizați „Serial Monitor”, cu rata de transmisie setată la 115200.

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

Exercițiul 6: Motoare de acționare - familiarizarea cu motoarele, rulați motoarele de acționare înainte și înapoi. Necesită pornirea acumulatorului. Trebuie să utilizați „Serial Monitor”, cu rata de transmisie setată la 115200.

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

Exercițiul 7: Mașină de bază - construiește o mașină simplă cu trei roți (robot cu atașament pe a 3-a roată), folosim o aplicație pentru telefon inteligent pentru a controla mașina. De asemenea, folosește senzorul cu ultrasunete pentru a vă urmări mâna. Puteți face acest lucru în același punct din construcție ca mai sus. Are nevoie ca bateria să fie pornită și să introducă accesoriul pentru a treia roată.

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

Exercițiul 8: Robot de echilibrare completă - codul pentru robotul de echilibrare completă / trei roți. Utilizați aplicația pentru telefoane inteligente „RemoteXY” pentru a controla robotul.

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

Schița LOFI Blocks - pentru a utiliza aplicația „LOFI Blocks”, încărcați această schiță în robot. Apoi puteți programa robotul folosind aplicația „LOFI Blocks” care folosește blocuri de programare similare cu SCRATCH.

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

Exercițiul 9: Robot de urmărire a liniei. Este posibil să adăugați doi senzori de urmărire a liniei și să utilizați mufa cu ultrasunete pentru a conecta senzorii de urmărire a liniei la robot. Rețineți că senzorii sunt conectați la pinii digitali D2 și D8.

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

Exercițiul 10: Control Bluetooth. Folosind Bluetooth și o aplicație pentru telefon (RemoteXY) pentru a controla LED-urile robotului și servo-mecanismul. În acest exercițiu, elevii învață despre Bluetooth, cum să folosească o aplicație pentru telefon pentru a controla lucrurile din lumea reală și învață despre LED-uri și servo-mecanisme.

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

Pasul 5: Echilibrarea matematicii robotului și structura programului

Fișierul atașat oferă o prezentare generală a matematicii și a structurii software a părții de echilibrare a robotului.

Matematica din spatele robotului de echilibrare este mai simplă și mai interesantă decât ai crede.

Pentru studenții mai avansați, este posibil să se lege matematica robotului de echilibrare de studiile de matematică și fizică pe care le fac la liceu.

În matematică robotul poate fi folosit pentru a arăta cum se aplică trigometria, diferențierea și integrarea în lumea reală. Codul arată cum diferențierea și integrarea sunt calculate numeric de către computere și am constatat că elevii înțeleg mai profund aceste concepte.

În fizică, accelerometrele și giroscopele oferă o perspectivă asupra legilor mișcării și o înțelegere practică a lucrurilor, cum ar fi de ce măsurătorile accelerometrelor sunt zgomotoase și cum se pot atenua astfel de limitări ale lumii reale.

Această înțelegere poate duce la discuții suplimentare, de exemplu, controlul PID și o înțelegere intuitivă a algortmelor de control al feedback-ului.

Este posibil să se încorporeze construcția acestui robot în programa școlară sau în combinație cu un program după școală, de la primar până la elevii de nivel liceu.

Pasul 6: accesoriu pentru camera de streaming video

Am creat o cameră video bazată pe zmeură PI, care poate fi atașată la extensia roții de rulare a robotului. Utilizează WiFi pentru a transmite fluxul video în flux către un browser web.

Folosește o sursă de alimentare separată pentru robot și este un modul independent.

Fișierul oferă detalii despre make.

Ca alternativă, alte camere video independente de streaming video, cum ar fi Quelima SQ13, ar putea fi atașate la extensia roții rotative, de exemplu:

Pasul 7: Utilizarea motoarelor N20 în locul motoarelor TT

Este posibil să utilizați motorul N20 în locul motorului TT.

Robotul rulează mai ușor și merge mult mai rapid cu motorul N20.

Motoarele N20 pe care le-am folosit sunt motoare N20 de 3V, 250rpm, de ex.

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

Motoarele N20 nu sunt la fel de robuste și nu durează atât de mult, poate 5-10 ore de utilizare.

Motorul N20 necesită imprimarea 3D a suporturilor motorului N20 și există o inserție de roată pentru a permite unei roți motor TT să se potrivească arborelui axial al motorului N20.

Suporturile motorului N20 pot fi găsite căutând „balrobot” în galeria tinkerCAD.