Atelierul de robotică HackerBoxes: 22 de pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

Atelierul de robotică HackerBoxes a fost conceput pentru a oferi o introducere foarte provocatoare, dar plăcută la sistemele robotice DIY și, de asemenea, la electronica hobby-ului în general. Atelierul de robotică este conceput pentru a expune participantul la aceste subiecte importante și obiective de învățare:

• Roboți ambulanți
• Ansambluri cu angrenaje pentru coordonarea mișcării
• Proiecte electronice de lipit
• Scheme de circuite schematice
• Senzori optici pentru direcție și navigație autonomă
• Circuite analogice de control în buclă închisă
• Programare Arduino
• NodeMCU încorporate procesoare RISC
• Wi-Fi în sisteme de procesor încorporate
• Control IoT folosind platforma Blyk
• Cablarea și calibrarea servomotorelor
• Asamblare robotică complexă și integrare de control

HackerBoxes este serviciul de cutie de abonament lunar pentru electronice DIY și tehnologie computerizată. Suntem creatori, pasionați și experimentatori. Dacă doriți să achiziționați un atelier HackerBoxes sau să primiți în fiecare lună prin poștă cutia de abonament surpriză HackerBoxes pentru proiecte electronice extraordinare, vă rugăm să ne vizitați la HackerBoxes.com și să vă alăturați revoluției.

Proiectele din atelierele HackerBox precum și cele din abonamentul lunar HackerBoxes nu sunt tocmai pentru începători. În general, acestea necesită o expunere electronică anterioară DIY, abilități de lipire de bază și confort pentru lucrul cu microcontrolere, platforme de computer, caracteristici ale sistemului de operare, biblioteci de funcții și codificare simplă a programelor. De asemenea, folosim toate instrumentele tipice hobbyistilor pentru construirea, depanarea și testarea proiectelor electronice DIY.

Hackează Planeta!

Pasul 1: Conținutul atelierului

• Kit RoboSpider
• Trusă de robot de linie autonomă
• Controler Wi-Fi Arduino Robotic Arm
• Set MeArm Robotic Arm
• Patch de realizare a roboticii

Elemente suplimentare care pot fi utile:

• Șapte baterii AA
• Instrumente de lipit de bază
• Calculator pentru rularea ID-ului Arduino

Un element suplimentar foarte important de care vom avea nevoie este un sentiment real de aventură, spiritul DIY și curiozitatea hackerilor. Începerea oricărei aventuri ca creator și creator poate fi o provocare interesantă. În special, acest tip de electronice pentru hobby nu este întotdeauna ușor, dar atunci când persistați și vă bucurați de aventură, o mulțime de satisfacție poate fi derivată din perseverența și descoperirea tuturor!

Pasul 2: RoboSpider

Construiți-vă propriul RoboSpider cu acest kit de robot. Dispune de opt picioare multi-articulate care duplică mișcarea de mers a păianjenilor reali. Examinați părțile kitului pentru a verifica 71 de piese prezentate aici. Puteți ghici pentru ce este utilizată fiecare piesă în cadrul designului RoboSpider?

Pasul 3: RoboSpider - Cablare

Mai întâi conectați carcasa motorului și a bateriei pentru RoboSpider. Cablurile pot fi pur și simplu răsucite pe bornele bateriei așa cum se arată în instrucțiuni. Cu toate acestea, firele pot fi, de asemenea, lipite cu atenție la locul lor, dacă doriți.

Pasul 4: RoboSpider - Ansamblu mecanic

Se formează un ansamblu foarte interesant pentru fiecare pereche de picioare. Fiecare RoboSpider are patru astfel de ansambluri de câte două picioare pentru a coordona mișcarea a opt picioare de păianjen separate. Rețineți cum este prevăzut un dispozitiv de fixare pentru a ajuta la alinierea angrenajelor.

Restul RoboSpider poate fi asamblat așa cum se arată în instrucțiuni. Ce tip de dinamică de mers pe jos sunt expuse de acest RoboSpider?

Pasul 5: Să ne pregătim să lipim

Lipirea este un proces în care două sau mai multe articole metalice (adesea fire sau cabluri) sunt unite între ele prin topirea unui metal de umplutură numit lipire în îmbinarea dintre articolele metalice. Sunt disponibile cu ușurință diferite tipuri de instrumente de lipit. HackerBoxes Starter Workship include un set frumos de instrumente de bază pentru lipirea electronice mici:

• Ciocan de lipit
• Sfaturi de înlocuire
• Stand de lipit
• Curățător de vârf de lipit
• Solder
• Fitil dezvăluit

Dacă sunteți nou în materie de lipire, există o mulțime de ghiduri și videoclipuri grozave online despre lipire. Iată un exemplu. Dacă credeți că aveți nevoie de asistență suplimentară, încercați să găsiți un grup local de producători sau un spațiu pentru hackeri în zona dvs. De asemenea, cluburile de radioamatori sunt întotdeauna surse excelente de experiență electronică.

Purtați ochelari de protecție în timpul lipirii

De asemenea, veți dori să aveți niște alcool izopropilic și tampoane pentru curățarea reziduurilor de flux maroniu rămase pe îmbinările de lipit. Dacă este lăsat în poziție, acest reziduu va coroda în cele din urmă metalul din conexiune.

În cele din urmă, vă recomandăm să verificați cartea de benzi desenate „Soldering is Easy” de la Mitch Altman.

Pasul 6: Robot de urmărire a liniei

Robotul Line Following (alias Line Tracing) poate urma o linie neagră și groasă trasată pe o suprafață albă. Linia trebuie să aibă o grosime de aproximativ 15 mm.

Pasul 7: Robot de urmărire a liniei - Schemă și componente

Piesele pentru robotul care urmează linia, precum și schema circuitului schematic sunt prezentate aici. Încercați să identificați toate părțile. În timp ce examinați teoria operațiunilor de mai jos, vedeți dacă puteți afla scopul fiecărei părți și poate chiar de ce valorile lor au fost atât de specificate. Încercarea de „inginerie inversă” a circuitelor existente este o modalitate excelentă de a învăța cum să vă proiectați propriile.

Teoria funcționării:

Pe fiecare parte a liniei, un LED (D4 și D5) este utilizat pentru a proiecta un punct luminos pe suprafața de dedesubt. Aceste LED-uri inferioare au lentile clare pentru a forma un fascicul de lumină direcționat spre deosebire de un fascicul difuz. În funcție de suprafața de sub LED care este albă sau neagră, o cantitate diferită de lumină se va reflecta înapoi în fotorezistorul corespunzător (D13 și D14). Tubul negru din jurul fotorezistorului ajută la focalizarea puterii reflectate direct în senzor. Semnalele fotorezistorului sunt comparate în cipul LM393 pentru a determina dacă robotul ar trebui să continue drept înainte sau să fie rotit. Rețineți că cei doi comparatori din LM393 au aceleași semnale de intrare, dar semnalele sunt orientate opus.

Întoarcerea robotului se realizează prin pornirea motorului de curent continuu (M1 sau M2) în exteriorul virajului, lăsând motorul spre interiorul virajului în starea oprită. Motoarele sunt pornite și oprite cu ajutorul tranzistoarelor de acționare (Q1 și Q2). LED-urile roșii montate în partea de sus (D1 și D2) ne arată ce motor este pornit la un moment dat. Acest mecanism de direcție este un exemplu de control în buclă închisă și oferă îndrumări rapide de adaptare pentru a actualiza traiectoria robotului într-un mod foarte simplu, dar eficient.

Pasul 8: Robot de urmărire a liniei - Rezistențe

Un rezistor este o componentă electrică pasivă, cu două terminale, care implementează rezistența electrică ca element de circuit. În circuitele electronice, rezistențele sunt utilizate pentru a reduce debitul de curent, regla nivelurile semnalului, diviza tensiunile, distorsiona elementele active și termina liniile de transmisie, printre alte utilizări. Rezistoarele sunt elemente comune ale rețelelor electrice și ale circuitelor electronice și sunt omniprezente în echipamentele electronice.

Trusa de robot care urmează liniei include patru valori diferite ale rezistențelor axiale cu plumb, care prezintă benzile codificate în culori, așa cum se arată:

• 10 ohm: maro, negru, negru, auriu
• 51 ohm: verde, maro, negru, auriu
• 1K ohm: maro, negru, negru, maro
• 3,3K ohm: portocaliu, portocaliu, negru, maro

Rezistențele trebuie inserate din partea superioară a plăcii de circuite imprimate (PCB) așa cum este ilustrat și apoi lipite din partea de jos. Desigur, valoarea corectă a rezistorului trebuie introdusă, au fost indicate, nu sunt interschimbabile. Cu toate acestea, rezistențele nu sunt polarizate și pot fi introduse în ambele direcții.

Pasul 9: Robot de urmărire a liniei - Componente rămase

Alte elemente de circuit, așa cum se arată aici, pot fi inserate din partea superioară a PCB-ului și lipite mai jos, la fel ca rezistențele.

Rețineți că cele patru componente ale senzorului de lumină sunt de fapt inserate din partea inferioară a PCB-ului. Șurubul lung este introdus între componentele senzorului de lumină și fixat bine cu piulița deschisă. Apoi, piulița cu capac rotunjit poate fi plasată pe capătul șurubului ca un planor neted.

Spre deosebire de rezistențe, mai multe alte componente sunt polarizate:

Tranzistoarele au o latură plană și una semi-circulară. Când sunt introduse în PCB, asigurați-vă că acestea se potrivesc cu marcajele albe de serigrafie de pe PCB.

LED-urile au un avans lung și unul mai scurt. Conductorul lung ar trebui să fie asortat cu terminalul + așa cum este indicat pe ecranul de mătase.

Condensatoarele electrolitice în formă de cutie au un indicator terminal negativ (de obicei o bandă albă) care coboară pe o parte a cutiei. Lead-ul pe acea parte este negativ, iar celălalt este pozitiv. Acestea trebuie inserate în PCB în funcție de indicatorii pinului de pe ecranul de mătase.

Cipul cu 8 pini, mufa sa și ecranul de mătase PCB pentru introducerea lor, toate au un indicator semicircular la un capăt. Acestea trebuie aliniate pentru toți trei. Priza ar trebui lipită în PCB și cipul nu trebuie introdus în priză până când lipirea nu este completă și răcită. În timp ce cipul poate fi lipit direct în PCB, trebuie să fiți foarte rapid și atent atunci când faceți acest lucru. Vă recomandăm să utilizați o priză ori de câte ori este posibil.

Pasul 10: Robot de urmărire a liniei - pachet de baterii

Stratul subțire și superior al benzii pe două fețe poate fi îndepărtat pentru a fixa acumulatorul. Cablurile pot fi alimentate prin PCB și lipite mai jos. Excesul de sârmă poate fi util pentru lipirea motoarelor.

Pasul 11: Robot de urmărire a liniei - Motoare

Conductoarele pentru motoare pot fi lipite pe tampoanele de pe partea inferioară a PCB-ului, așa cum se arată. Odată ce cablurile au fost lipite, stratul superior subțire al benzii cu două fețe poate fi îndepărtat pentru a fixa motoarele pe PCB.

Pasul 12: Robot de urmărire a liniei - Urmăriți-l

Robotul care urmează linia este o bucurie de urmărit. Introduceți câteva celule de baterii AA și lăsați-o să se rupă.

Dacă este necesar, potențiometrele de tuns pot fi reglate pentru a rafina detectarea marginii robotului.

Dacă există alte probleme de „comportament” cu robotul, este de asemenea util să verificați alinierea celor patru componente ale senzorului inferior și în special a tubului negru din jurul fotorezistoarelor.

În cele din urmă, asigurați-vă că utilizați baterii noi. Am observat performanțe neregulate după ce bateria se descarcă.

Pasul 13: Braț robotizat de la MeArm

Brațul robot MeArm a fost dezvoltat pentru a fi cel mai accesibil instrument de învățare din lume și cel mai mic și mai rece braț robot. MeArm vine ca un set de brațe robot cu pachet plat, care cuprinde foi acrilice tăiate cu laser și micro servomotoare. Îl puteți construi cu nimic mai mult decât cu o șurubelniță și cu entuziasm. Acesta a fost descris ca „Proiectul perfect Arduino pentru începători” de site-ul web Lifehacker. MeArm este un design minunat și foarte distractiv, dar cu siguranță poate fi puțin dificil de asamblat. Luați-vă timp și aveți răbdare. Încercați să nu forțați niciodată servo-motoarele. Dacă faceți acest lucru, puteți deteriora micile roți dințate din plastic din interiorul servo-ului.

MeArm din acest atelier este controlat de la o aplicație pentru smartphone sau tabletă utilizând un modul Wi-Fi NodeMCU adaptat platformei de dezvoltare Arduino. Acest nou mecanism de control este destul de diferit de placa originală „creier” discutată în documentația MeArm, deci asigurați-vă că urmați instrucțiunile pentru controler care sunt prezentate aici și nu cele din documentația originală de la MeArm. Detaliile mecanice privind asamblarea componentelor acrilice MeArm și a servomotorelor rămân aceleași.

Pasul 14: Robotic Arm Wi-Fi Controller - Pregătiți Arduino pentru NodeMCU

NodeMCU este o platformă open source bazată pe cipul ESP8266. Acest cip include un procesor RISC pe 32 de biți care rulează la 80 MHz, Wi-Fi (IEEE 802.11 b / g / n), memorie RAM, memorie flash și 16 pini I / O.

Hardware-ul controlerului nostru se bazează pe modulul ESP-12 prezentat aici, care include un cip ESP8266 împreună cu suportul său de rețea Wi-Fi inclus.

Arduino este o platformă electronică open-source bazată pe hardware și software ușor de utilizat. Este destinat oricui face proiecte interactive. În timp ce platforma Arduino folosește în general microcontrolerul Atmel AVR, acesta poate fi un adaptor pentru a funcționa cu alte microcontrolere, inclusiv ESP8266.

Pentru a începe, va trebui să vă asigurați că aveți Arduino IDE instalat pe computer. Dacă nu aveți IDE-ul instalat, îl puteți descărca gratuit (www.arduino.cc).

De asemenea, veți avea nevoie de drivere pentru sistemul de operare (OS) al computerului dvs. pentru a accesa cipul Serial-USB corespunzător de pe modulul NodeMCU pe care îl utilizați. În prezent, majoritatea modulelor NodeMCU includ cipul CH340 Serial-USB. Producătorul cipurilor CH340 (WCH.cn) are drivere disponibile pentru toate sistemele de operare populare. Cel mai bine este să utilizați pagina tradusă de Google pentru site-ul lor.

Odată ce avem instalat ID-ul Arduino și driverele de sistem de operare instalate pentru cipul de interfață USB, trebuie să extindem ID-ul Ardino pentru a-l utiliza cu cipul ESP8266. Rulați IDE-ul, accesați preferințele și găsiți câmpul pentru introducerea „URL-urilor suplimentare ale administratorului de bord”

Pentru a instala Board Manager pentru ESP8266, lipiți această adresă URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

După instalare, închideți IDE și apoi reporniți-l.

Acum conectați modulul NodeMCU la computer utilizând cablul microUSB.

Selectați tipul de placă din IDE Arduino ca NodeMCU 1.0

Iată un instructable care trece peste procesul de configurare pentru Arduino NodeMCU folosind câteva exemple diferite de aplicații. Este un pic abătut de la obiectivul de aici, dar poate fi util să căutați un alt punct de vedere dacă vă blocați.

Pasul 15: Robotic Arm Wi-Fi Controller - Hack primul dvs. program NodeMCU

Ori de câte ori conectăm un nou hardware sau instalăm un nou instrument software, ne place să ne asigurăm că acesta funcționează încercând ceva foarte simplu. Programatorii numesc deseori acest program „lumea hello”. Pentru hardware-ul încorporat (ceea ce facem aici) „hello world” clipeste de obicei un LED (dioda cu emisie de lumina).

Din fericire, NodeMCU are un LED încorporat pe care îl putem clipi. De asemenea, Arduino IDE are un exemplu de program pentru LED-uri intermitente.

În cadrul IDE Arduino, deschideți exemplul numit clipire. Dacă examinați îndeaproape acest cod, puteți vedea că acesta alternează pinul de rotire 13 înalt și jos. Pe plăcile Arduino originale, LED-ul utilizatorului este pe pinul 13. Cu toate acestea, LED-ul NodeMCU este pe pinul 16. Astfel putem edita programul blink.ino pentru a schimba fiecare referință la pinul 13 la pinul 16. Apoi putem compila programul și încărcați-l în modulul NodeMCU. Acest lucru poate dura câteva încercări și poate necesita verificarea driverului USB și verificarea dublă a setării plăcii și a portului în IDE. Luați-vă timp și aveți răbdare.

Odată ce programul încarcă corect, IDE va spune „încărcare finalizată” și LED-ul va începe să clipească. Vedeți ce se întâmplă dacă modificați lungimea funcției delay () din interiorul programului și apoi o încărcați din nou. Este ceea ce vă așteptați. Dacă da, v-ați piratat primul cod încorporat. Felicitări!

Pasul 16: Controler Wi-Fi cu braț robotizat - Exemplu de cod software

Blynk (www.blynk.cc) este o platformă care include aplicații iOS și Android pentru a controla Arduino, Raspberry Pi și alte componente hardware pe Internet. Este un tablou de bord digital în care puteți crea o interfață grafică pentru proiectul dvs. prin simpla glisare și plasare a widgeturilor. Este cu adevărat simplu să configurați totul și veți începe să jucați imediat. Blynk vă va face online și gata pentru internetul lucrurilor voastre.

Aruncați o privire pe site-ul Blynk și urmați instrucțiunile pentru configurarea Bibliotecii Arduino Blynk.

Apucați programul ArmBlynkMCU.ino Arduino atașat aici. Veți observa că are trei șiruri care trebuie inițializate. Puteți să le ignorați pentru moment și să vă asigurați că puteți compila și încărca codul așa cum este în NodeMCU. Veți avea nevoie de acest program încărcat pe NodeMCU pentru următorul pas de calibrare a servomotorelor.

Pasul 17: Robotic Arm Wi-Fi Controller - Calibrarea servomotorelor

Placa de protecție a motorului ESP-12E acceptă conectarea directă a modulului NodeMCU. Aliniați cu atenție și introduceți modulul NodeMCU pe placa de protecție a motorului. De asemenea, conectați cele patru servouri la scut, așa cum se arată. Rețineți că conectorii sunt polarizați și trebuie să fie orientați așa cum se arată.

Codul NodeMCU care a fost încărcat în ultimul pas inițializează servo-urile la poziția lor de calibrare așa cum se arată aici și discutat în documentația MeArm. Așezarea brațelor servo în orientarea corectă în timp ce servo-urile sunt setate la poziția lor de calibrare asigură faptul că punctul de pornire, punctul final și intervalul de mișcare corespunzător sunt configurate pentru fiecare dintre cele patru servo-uri.

Despre utilizarea alimentării bateriei cu servomotorele NodeMCU și MeArm:

Conductorii bateriei trebuie conectați la bornele cu șurub de intrare a bateriei. Există un buton de alimentare din plastic pe ecranul motorului pentru a activa alimentarea cu baterie. Micul bloc jumper din plastic este utilizat pentru a direcționa alimentarea către NodeMCU de la ecranul motorului. Fără blocul jumper instalat, NodeMCU se poate alimenta singur de la cablul USB. Cu blocul jumper instalat (așa cum se arată), puterea bateriei este direcționată către modulul NodeMCU.

Pasul 18: interfață utilizator Robotic Arm - Integrare cu Blynk

Acum putem configura aplicația Blynk pentru a controla servo-motoarele.

Instalați aplicația Blyk pe dispozitivul dvs. mobil iOS sau Android (computer smartphone sau tabletă). Odată instalat, configurați un nou proiect Blynk cu patru glisoare, așa cum se arată pentru controlul celor patru servo-motoare. Rețineți jetonul de autorizare Blynk generat pentru noul dvs. proiect Blynk. Puteți să-l primiți prin e-mail pentru ușurința lipirii.

Editați programul ArmBlynkMCU.ino Arduino pentru a completa cele trei șiruri:

• Wi-Fi SSID (pentru punctul dvs. de acces Wi-Fi)
• Parolă Wi-Fi (pentru punctul dvs. de acces Wi-Fi)
• Token de autorizare Blynk (din proiectul dvs. Blynk)

Acum compilați și încărcați codul actualizat care conține cele trei șiruri.

Verificați dacă puteți muta cele patru servo-motoare prin Wi-Fi folosind glisoanele de pe dispozitivul dvs. mobil.

Pasul 19: Braț robotizat - ansamblu mecanic

Acum putem continua cu asamblarea mecanică a MeArm. După cum sa menționat anterior, acest lucru poate fi puțin dificil. Luați-vă timp și aveți răbdare. Încercați să nu forțați servomotorele.

Amintiți-vă că acest MeArm este controlat de modulul Wi-Fi NodeMCU, care este destul de diferit de placa originală „creier” discutată în documentația MeArm. Asigurați-vă că urmați instrucțiunile pentru controler care sunt prezentate aici și nu pe cele din documentația originală de la MeArm.

Detaliile complete ale ansamblului mecanic pot fi găsite pe acest site. Acestea sunt etichetate ca Ghid de construcție pentru MeArm v1.0.

Pasul 20: Resurse online pentru studierea roboticii

Există un număr tot mai mare de cursuri de robotică online, cărți și alte resurse …

• Cursul Stanford: Introducere în robotică
• Curs Columbia: Robotică
• Curs MIT: Robotică subactuată
• WikiBook de robotică
• Curs de robotică
• Învățarea calculelor cu roboți
• Robotica demistificată
• Mecanisme robot
• Manipulare robotică matematică
• Roboți educaționali cu Lego NXT
• LEGO Education
• Robotică de ultimă oră
• Robotică încorporată
• Roboți mobili autonomi
• Roboți de alpinism și de mers pe jos
• Roboți de alpinism și de mers pe jos Aplicații noi
• Roboți umanoizi
• Robot Arms
• Manipulatori de roboți
• Progrese în manipularea robotului
• Robotică AI

Explorarea acestor resurse și a altor resurse vă va extinde continuu cunoștințele despre lumea roboticii.

Pasul 21: Patch-ul Robotics Acheivement

Felicitări! Dacă v-ați depus tot efortul în aceste proiecte de robotică și v-ați avansat cunoștințele, ar trebui să purtați cu mândrie patch-ul de realizare inclus. Anunțați lumea că sunteți un maestru al servomotoarelor și al senzorilor.

Pasul 22: Hack planeta

Sperăm că vă bucurați de atelierul de robotică HackerBoxes. Acest lucru și alte ateliere pot fi achiziționate de la magazinul online de la HackerBoxes.com, unde vă puteți abona, de asemenea, la caseta de abonament lunară HackerBoxes și puteți livra proiecte grozave direct în cutia poștală în fiecare lună.

Vă rugăm să vă împărtășiți succesul în comentariile de mai jos și / sau pe grupul Facebook HackerBoxes. Cu siguranță, anunțați-ne dacă aveți întrebări sau aveți nevoie de ajutor cu ceva. Vă mulțumim că faceți parte din aventura HackerBoxes. Să facem ceva grozav!