Educație pas cu pas în robotică cu un kit: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

După câteva luni de construcție a propriului robot (vă rugăm să consultați toate acestea) și după ce piesele au eșuat de două ori, am decis să fac un pas înapoi și să mă gândesc din nou la strategia și direcția mea.

Experiența de câteva luni a fost uneori foarte plină de satisfacții și de multe ori foarte frustrantă, foarte grea, foarte dezamăgitoare. De multe ori mi s-au părut doi pași înainte, un pas înapoi.

Și cred că asta se datorează unei combinații de mai multe lucruri.

Scopul meu era să construiesc un robot „adevărat” - nu o jucărie. Un robot mare, puternic, cu piese robuste și multă energie disponibilă a bateriei, care ar putea funcționa (toată ziua?) Și, de asemenea, să fie autonom. Că ar putea naviga în siguranță în întregul meu apartament fără a provoca daune (în sine sau oricui / nimic).

În timp ce făceam progrese atât de încet, cantitatea de cercetare, încercare și eroare, încercați asta, încercați asta, a consumat mult timp și a luat multă energie mentală / emoțională.

După ce aceleași piese eșuează de două ori, ar fi o nebunie să le înlocuiți încă o dată și să continuați.

Cu inima grea am ales să las proiectul actual „Wallace” să revină pe raft, mai ales că eram atât de aproape de a încorpora un IMU în software-ul de operare al roboților.

Deci, ce să faci acum

S-a întâmplat că în ultima săptămână a proiectului meu de robot „do-it-myself”, la serviciu am urmat un curs de software online. Cursul este irelevant - ceea ce m-a impresionat a fost cât de bun a fost. Instructorul a condus practic privitorul de mână, pas cu pas, și s-ar putea urmări, întrerupe videoclipul, să facă problema de programare (doar o bucată mică la un moment dat) și apoi să vadă cum se potrivea soluția cu instructorul.

Și - și mai bine - întreaga serie se învârte în jurul unui proiect software real, care este de fapt ușor de utilizat pentru nevoile de afaceri ale site-urilor din lumea reală.

A fost atât de satisfăcător, deci NU stresant, să nu trebuiască să mă întreb „ce ar trebui să învăț în continuare? Cum aș merge să fac / învăț„ X”?

Deci, între ceea ce se întâmpla la locul de muncă și părțile care se defectează acasă și eu sunt atât de epuizați de cantitatea de efort, încât mi-am dorit ceva similar cursului online pe care îl urmam pentru muncă - dar să fie pentru învățarea roboticii.

Ceea ce NU mi-am dorit este să repet ultimele luni. Nu am vrut să cumpăr încă un kit de robot, și apoi să mai scotocesc încă ceva pentru a-l face să facă ceea ce vreau să facă. Și, de asemenea, nu am vrut o soluție complet construită, gata de utilizare, pentru că atunci ce aș învăța? Am făcut deja „asamblează-primul-robot”.

Pasul 1: Robotica este …

Problema cu adevărata învățare a roboticii este că sunt implicate atât de multe. Este intersecția a cel puțin (dacă nu mai mult) a acestora:

• Inginerie Mecanică
• inginerie electrică / electronică
• Inginerie software

Fiecare dintre cele de mai sus poate fi elaborat în continuare (ceea ce nu voi face aici). Ideea este: există MULTE de învățat.

Am decis să merg cu o abordare în două direcții și, prin urmare, acest „instructabil”, pe care cititorul să îl ia în considerare. Am decis să abordez sau să încep simultan în două direcții diferite, dar complementare.

• Examinați / Îmbunătățiți Pornit / Aflați / Extindeți analiza circuitelor de curent continuu și de curent alternativ
• Găsiți un curs / program care este o combinație de teorie / prelegere și practică și care se învârte în jurul unui kit robot.

Pasul 2: Inginerie electrică în curent continuu și curent alternativ

Motivul pentru care vreau să-mi petrec timpul învățând și examinând acest domeniu se datorează faptului că piesele robotului au eșuat cel mai probabil din cauza lipsei mele de a oferi protecții corespunzătoare circuitului în anumite zone. Dacă treceți în revistă instructabilele legate de robot, cred că sunt foarte bune și utile, chiar și acum. Era doar un anumit segment de piese care eșuau și numai după o anumită perioadă de timp.

Pentru a fi specific, robotul a inclus o suprafață de nivel superior pe care se afla ceea ce eu numesc „circuite de susținere”. Acestea sunt circuitele legate de extinderea porturilor și senzorii GPIO, plăcile de rupere, cipurile, distribuția de energie și cablurile necesare pentru a monitoriza și controla tot felul de senzori, pentru ca robotul să fie sigur și autonom.

Numai câteva dintre acele părți au eșuat - dar au eșuat.

Am scris într-un forum de inginerie și am primit răspunsuri. Cantitatea de detalii și nivelul de răspunsuri care mi-au venit cu adevărat nu sunt pregătită pentru nivelul de robot pe care îl am în minte.

Există o lume a diferenței între un mic kit robot care are două motoare ieftine, poate un controler de motor de 2/3 Amp, poate câțiva senzori, pe care îi puteți transporta într-o mână - și unul care cântărește în sus de 20 lbs și are motoare foarte puternice de 20A și peste 15 senzori, care pot face daune reale dacă ceva nu merge bine.

Deci, a venit timpul să aruncăm o altă privire asupra electronicii de curent continuu și de curent alternativ. Și am găsit acest site:

DVD Tutor de matematică. Mi s-a părut că titlul este cam hokey și depășit. Nu am văzut nici măcar un CD sau DVD de ani de zile. Dreapta?

Dar am aruncat o privire la el. Și, în cele din urmă, m-am abonat și acum pot transmite videoclipuri toată ziua, dacă doresc. Toate pentru 20 USD pe lună. Până acum am acoperit volumul 1.

Gândiți-vă că sunteți într-o clasă cu un profesor în față, cu o tablă albă, introducerea subiectelor, elaborarea lor, și apoi este practică, practică, practică. Și asta este acest site.

În cele din urmă a trebuit să lovim algebra matricială, deoarece circuitele aveau prea multe ecuații simultane cu un număr similar de necunoscute. Dar este in regula. Trece peste algebră doar cât să treacă peste probleme. Dacă studentul dorește mai mult, există și cursuri separate de fizică matematică. A fost un program foarte bun până acum.

Speranța mea este că, până când voi trece prin aceste cursuri, voi ajunge la răspunsurile la problemele mele cu defectarea pieselor mele și voi fi gata pentru viitoarea robotică în domeniul electronicii.

Pasul 3: Instruire și proiectare în domeniul roboticii

Dar iată cea mai bună parte. Pasul anterior poate fi un pic uscat și neplăcut. (Deși, odată ce ați trecut de un anumit punct, veți putea să vă alegeți propriile piese, să vă proiectați propriul circuit și să construiți orice doriți. Spuneți că ați dorit să construiți (doar pentru distracție) un transmițător radio și un receptor. Spuneți că ați dorit ca aceasta să fie în funcție de propria dvs. alegere de frecvență și protocol. Ați ști cum să vă proiectați propriile circuite.)

Mai este ceva de făcut în același timp: un curs de robotică. Un adevărat curs de robotică.

(Dacă doriți doar ca placa de microcontroler să vă facă propriile lucruri (compun o serie de instrumente care ar putea fi utile), placa de dezvoltare MSP432 în sine este relativ ieftină la aproximativ 27 USD. Puteți verifica cu Amazon, Digikey, Newark, Element14 sau Mouser.)

Se întâmplă că recent, Texas Instruments a produs un curs atât de cuprinzător. Trusa de învățare a sistemelor TI Robotics. Vă rugăm să nu lăsați partea „kit” să vă păcălească. Acest lucru este mai mult decât o „construire a unui alt kit de robot mic”. Vă rugăm să aruncați o privire serioasă la acel link.

M-a costat 200 USD pentru un kit complet. De asemenea, puteți vizualiza videoclipul atașat pe care l-am pus pentru acest pas.

Uită-te la toate aceste module de învățare:

• Noțiuni de bază
• Modulul 1 - Executarea codului pe LaunchPad folosind CCS (observațiile mele despre Lab 1)
• Modulul 2 - Tensiune, curent și putere (Generator de semnal și capacitate Instrucțiuni elaborate din Lab 2)
• Modulul 3 - ARM Cortex M (aici sunt notele de laborator 3 Instructabile - compararea ansamblului cu „C”)
• Modulul 4 - Proiectare software folosind MSP432 (videoclip cu notele Lab 4, video nr. 2 din Lab 4)
• Modulul 5 - Reglarea bateriei și a tensiunii
• Modulul 6 - GPIO (verificați un laborator 6, partea 1, partea 2 și partea 3 care se poate instrui, dar cu accent pe programarea ansamblului)
• Modulul 7 - Mașini cu stare finită (Lab 7 Partea 1 Asamblare)
• Modulul 8 - Interfață de intrare și ieșire
• Modulul 9 - SysTick Timer
• Modulul 10 - Depanare sisteme în timp real
• Modulul 11 - Afișaj cu cristale lichide
• Modulul 12 - Motoare de curent continuu
• Modulul 13 - Cronometre
• Modulul 14 - Sisteme în timp real
• Modulul 15 - Sisteme de achiziție de date
• Modulul 16 - Tahometru
• Modulul 17 - Sisteme de control
• Modulul 18 - Comunicare în serie
• Modulul 19 - Bluetooth cu energie redusă
• Modulul 20 - Wi-Fi
• Concurează provocări

Acest videoclip de la TI poate spune ceea ce am vrut să exprim mult mai bine decât pot.

Pasul 4: Utilizați curriculum-ul roboticii ca punct de plecare

Deși nu este ușor sau nu așa cum este interzis, puteți extinde prelegerile, laboratoarele, activitățile etc. oferite de programa de învățământ.

De exemplu, am legat câteva alte instrumente instructabile în acesta (a se vedea pasul anterior listând toate modulele de învățare) în care am încercat fie să mă extind făcând mai mult cu electronica (condensatori), fie să încerc să scriu codul în asamblare în în plus față de scrierea acestuia în C.

Cu cât sunteți mai familiarizați cu programarea asamblării, cu atât puteți fi mai bun programator de limbaj la nivel superior; alegerile mai bune pe care le veți face în proiecte.

Pasul 5: Arduino Vs MSP432 (lucru în curs)

Nu știam cu adevărat cu siguranță la momentul respectiv, dar am avut acea impresie … iată un extras dintr-un articol care îl poate exprima mai bine decât pot:

Diferențe între Arduino și MSP432401R: Acum, vom vedea de ce am ales MSP432 spre deosebire de mult popularul Arduino. Arduino ar putea fi destul de simplu de programat și prototip din cauza tuturor API-urilor disponibile, dar când vine vorba de un control mai bun al hardware-ului, MSP432 are avantajul. Cu ajutorul CCS, putem accesa nu numai spațiul de adrese al MSP432, ci și noi poate schimba valorile diferitelor registre care vor afecta în mod adecvat diferite setări. Arduino nu este doar un microcontroler, este practic ca un înveliș în jurul unui microcontroler. Arduino este ca o plăcintă gătită, în timp ce MSP432 este ca o portocală crudă pe care trebuie să o gătim singuri. Sperăm că acest lucru clarifică diferitele aplicații ale ambelor. Pentru etapele inițiale poate fi utilizat Arduino, dar atunci când performanța devine critică, TI MSP432 funcționează mult mai bine datorită controlului asupra hardware-ului.

Acel fragment este luat de aici.

Pasul 6: Raspberry Pi 3 B Vs MSP432 (lucru în curs)

Comparația nu este cu adevărat corectă, deoarece Pi este într-adevăr un micro computer, iar MSP este un micro controler.

Cu toate acestea, cu T. I. Desigur, kitul de robotică, este folosit ca creier pentru un robot.

Evident, Pi are mult mai multă memorie.

Pi, care rulează stoc Raspbian, nu este un sistem de operare în timp real. Acest dezavantaj ar putea intra în joc dacă ați fi interesat să obțineți măsurători precise (sincronizare) de la un senzor.

MSP-ul de pe placa de dezvoltare include două LED-uri de uz general (cel puțin unul, poate ambele, sunt RGB), iar placa include, de asemenea, două comutatoare cu buton momentan de uz general.