HackerBoxes Robotics Workshop: 22 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

HackerBoxes Robotics Workshop ble designet for å gi en veldig utfordrende, men hyggelig introduksjon til DIY -robotsystemer og også hobbyistelektronikk generelt. Robotikkverkstedet er designet for å utsette deltakeren for disse viktige emnene og læringsmålene:

• Gåroboter
• Girkonstruksjoner for koordinering av bevegelse
• Lodding av elektroniske prosjekter
• Skjematiske kretsdiagrammer
• Optiske sensorer for autonom styring og navigasjon
• Analoge lukkede kontrollkretser
• Arduino programmering
• NodeMCU innebygde RISC -prosessorer
• Wi-Fi i innebygde prosessorsystemer
• IoT -kontroll ved hjelp av Blyk -plattformen
• Kabling og kalibrering av servomotorer
• Kompleks robotmontering og kontrollintegrasjon

HackerBoxes er den månedlige abonnementskassen for DIY -elektronikk og datateknologi. Vi er skapere, hobbyister og eksperimenter. Hvis du ønsker å kjøpe en HackerBoxes Workshop eller motta HackerBoxes overraskelsesabonnement med flotte elektronikkprosjekter i posten hver måned, kan du besøke oss på HackerBoxes.com og bli med i revolusjonen.

Prosjekter i HackerBox Workshops så vel som de i det månedlige abonnementet HackerBoxes er ikke akkurat for nybegynnere. De krever vanligvis en viss eksponering for elektronikk fra DIY, grunnleggende loddeferdigheter og komfort når du arbeider med mikrokontrollere, datamaskinplattformer, operativsystemfunksjoner, funksjonsbiblioteker og enkel programkoding. Vi bruker også alle de typiske hobbyverktøyene for å bygge, feilsøke og teste DIY -elektronikkprosjekter.

Hack the Planet!

Trinn 1: Innhold i verkstedet

• RoboSpider Kit
• Autonom linje etter robot -sett
• Arduino Robotic Arm Wi-Fi-kontroller
• MeArm Robotic Arm Kit
• Robotics Achievement Patch

Andre ting som kan være nyttige:

• Syv AA -batterier
• Grunnleggende loddeverktøy
• Datamaskin for kjøring av Arduino IDE

En veldig viktig tilleggsartikkel vi trenger er en ekte følelse av eventyr, DIY -ånd og hacker -nysgjerrighet. Å starte ethvert eventyr som skaper og skaper kan være en spennende utfordring. Spesielt er denne typen hobbyelektronikk ikke alltid lett, men når du fortsetter og liker eventyret, kan det være stor tilfredshet å holde ut og finne ut alt!

Trinn 2: RoboSpider

Bygg din egen RoboSpider med dette robotsettet. Den har åtte ben med flere ledd som dupliserer gangbevegelsen til ekte edderkopper. Undersøk delene i settet for å bekrefte 71 deler vist her. Kan du gjette hva hvert stykke brukes til i RoboSpider -designet?

Trinn 3: RoboSpider - ledninger

Før først opp motoren og batterihuset til RoboSpider. Ledningene kan ganske enkelt vrides på batteripolene som vist i instruksjonene. Imidlertid kan ledningene også forsiktig loddes på plass hvis du ønsker det.

Trinn 4: RoboSpider - mekanisk montering

En veldig interessant girmontering dannes for hvert benpar. Hver RoboSpider har fire slike samlinger med to bein hver for å koordinere bevegelsen til åtte separate edderkoppben. Legg merke til hvordan en armatur er gitt for å hjelpe til med justeringen av tannhjulene.

Resten av RoboSpider kan settes sammen som vist i instruksjonene. Hva slags gangdynamikk vises denne RoboSpider?

Trinn 5: La oss gjøre oss klare til lodding

Lodding er en prosess der to eller flere metallgjenstander (ofte ledninger eller ledninger) slås sammen ved å smelte et fyllmetall som kalles loddetinn i skjøten mellom metallgjenstandene. Ulike typer loddeverktøy er lett tilgjengelige. HackerBoxes Starter Workship inneholder et fint sett med de grunnleggende verktøyene for lodding av liten elektronikk:

• Loddejern
• Utskiftningstips
• Loddejernstativ
• Loddejern Tips Cleaner
• Lodding
• Desoldering Wick

Hvis du er ny innen lodding, er det mange flotte guider og videoer på nettet om lodding. Her er ett eksempel. Hvis du føler at du trenger ekstra hjelp, kan du prøve å finne en lokal beslutningstakergruppe eller hackerplass i ditt område. Amatørradioklubber er også alltid gode kilder til elektronikkopplevelse.

Bruk vernebriller under lodding

Du vil også ha litt isopropylalkohol og vattpinner for rengjøring av de brunaktige flussrester som er igjen på loddetinnene. Hvis den blir igjen på plass, vil denne resten til slutt tære metallet i forbindelsen.

Til slutt kan det være lurt å sjekke tegneserien "Lodding er lett" fra Mitch Altman.

Trinn 6: Linje etter robot

The Line Following (aka Line Tracing) Robot kan følge en tykk svart linje tegnet på en hvit overflate. Linjen skal være omtrent 15 mm tykk.

Trinn 7: Linje etter robot - skjematisk og komponenter

Deler til linjen etter roboten samt det skjematiske kretsdiagrammet er vist her. Prøv å identifisere alle delene. Mens du går gjennom teorien om operasjonene nedenfor, kan du se om du kan finne ut formålet med hver av delene og kanskje til og med hvorfor verdiene deres har blitt spesifisert. Å prøve å "reverse engineer" eksisterende kretser er en fin måte å lære å designe dine egne.

Teori om drift:

På hver side av linjen brukes en LED (D4 og D5) for å projisere et lyspunkt på overflaten nedenfor. Disse nedre lysdiodene har klare linser for å danne en rettet lysstråle i motsetning til en diffust stråle. Avhengig av at overflaten under LED -en er hvit eller svart, vil en annen mengde lys reflektere tilbake til den tilsvarende fotoresistoren (D13 og D14). Den svarte slangen rundt fotoresistoren hjelper til med å fokusere den reflekterte strømmen direkte inn i sensoren. Fotoresistorsignalene blir sammenlignet i LM393 -brikken for å avgjøre om roboten skal fortsette rett frem eller skal vendes. Vær oppmerksom på at de to komparatorene i LM393 har de samme inngangssignalene, men signalene er motsatt orientert.

Svinging av roboten oppnås ved å slå på likestrømsmotoren (M1 eller M2) på utsiden av svingen mens du forlater motoren mot innsiden av svingen i av -tilstand. Motorene slås av og på ved hjelp av drivstasjonstransistorer (Q1 og Q2). De toppmonterte røde lysdiodene (D1 og D2) viser oss hvilken motor som er slått på til enhver tid. Denne styremekanismen er et eksempel på lukket sløyfekontroll og gir raskt adaptiv veiledning for å oppdatere robotens bane på en veldig enkel, men effektiv måte.

Trinn 8: Linje etter robot - motstander

En motstand er en passiv, to-terminal, elektrisk komponent som implementerer elektrisk motstand som et kretselement. I elektroniske kretser brukes motstander for blant annet å redusere strømmen, justere signalnivåer, dele spenninger, bias aktive elementer og avslutte overføringslinjer. Motstander er vanlige elementer i elektriske nettverk og elektroniske kretser og er allestedsnærværende i elektronisk utstyr.

Linjen etter robotsettet inneholder fire forskjellige verdier av aksial-ledede, gjennomgående hullmotstander som har fargekodede bånd som vist:

• 10 ohm: brun, svart, svart, gull
• 51 ohm: grønn, brun, svart, gull
• 1K ohm: brun, svart, svart, brun
• 3.3K ohm: oransje, oransje, svart, brun

Motstandene skal settes inn fra toppen av kretskortet (PCB) som vist og deretter loddet ned fra bunnen. Selvfølgelig må den riktige verdien av motstanden settes inn, de er ikke utskiftbare. Imidlertid er motstander ikke polariserte, og de kan settes inn i begge retninger.

Trinn 9: Linje etter robot - gjenværende komponenter

Andre kretselementer, som vist her, kan settes inn fra toppen av kretskortet og loddes under, akkurat som motstandene.

Vær oppmerksom på at de fire lyssensorkomponentene faktisk er satt inn fra bunnen av kretskortet. Den lange bolten settes inn mellom lyssensorkomponentene og festes godt med den åpne mutteren. Deretter kan mutteren med rundhette plasseres på enden av bolten som en glatt glider.

I motsetning til motstandene er flere andre komponenter polarisert:

Transistorene har en flat side og en halvcirkelformet side. Når de settes inn i kretskortet, må du passe på at disse matcher de hvite merkene på silketrykket på kretskortet.

Lysdiodene har en lang ledning og en kortere ledning. Den lange avledningen bør matches med + -terminalen som angitt på silke-skjermen.

De boksformede elektrolytkondensatorene har en negativ terminalindikator (vanligvis en hvit stripe) som går ned på den ene siden av boksen. Ledelsen på den siden er den negative ledelsen, og den andre er den positive. Disse må settes inn i kretskortet i henhold til pinneindikatorene på silketrykket.

8-pinners brikke, stikkontakt og PCB-silkeskjerm for å sette dem inn, har alle en halvsirkulær indikator i den ene enden. Disse må stilles opp for alle tre. Stikkontakten skal loddes inn i kretskortet, og brikken bør ikke settes inn i stikkontakten før lodding er fullstendig og avkjølt. Selv om brikken kan loddes direkte inn i kretskortet, må man være veldig rask og forsiktig når man gjør det. Vi anbefaler å bruke en stikkontakt når det er mulig.

Trinn 10: Linje etter robot - batteripakke

Det tynne, øverste laget av den dobbeltsidige tapen kan skrelles av for å feste batteripakken. Ledningene kan mates gjennom kretskortet og loddes nedenfor. Overskytende ledning kan være nyttig for lodding av motorene.

Trinn 11: Linje etter robot - Motorer

Ledninger til motorene kan loddes til putene på undersiden av kretskortet som vist. Når ledningene er loddet, kan det tynne, øverste laget av den dobbeltsidige tapen fjernes for å feste motorene til kretskortet.

Trinn 12: Line Following Robot - Watch It Go

Linjen etter roboten er en fryd å se. Ha i et par AA -battericeller og la det rive.

Om nødvendig kan trimmerpotensiometrene justeres for å avgrense kantdeteksjonen til roboten.

Hvis det er andre "atferd" -problemer med roboten, er det også nyttig å sjekke justeringen av de fire sensorkomponentene på undersiden og spesielt den svarte slangen rundt fotoresistorer.

Til slutt må du bruke ferske batterier. Vi har lagt merke til uregelmessig ytelse når batteriet er tomt.

Trinn 13: Robotarm fra MeArm

MeArm Robot Arm ble utviklet for å være verdens mest tilgjengelige læringsverktøy og den minste, kuleste robotarmen. MeArm kommer som en flatpakke robotarmsett som består av laserskårne akrylark og mikroservoer. Du kan bygge den med bare en skrutrekker og entusiasme. Det har blitt beskrevet som "Perfect Arduino Project for Beginners" av Lifehacker -nettstedet. MeArm er et flott design og mye moro, men kan definitivt være litt vanskelig å montere. Ta deg god tid og vær tålmodig. Prøv å aldri tvinge servomotorene. Hvis du gjør det, kan det skade de små plastdrevene i servoen.

MeArm i denne workshopen styres fra en smarttelefon eller nettbrett-app ved hjelp av en NodeMCU Wi-Fi-modul tilpasset Arduino utviklingsplattform. Denne nye kontrollmekanismen er ganske annerledes enn det originale "hjernen" -kortet som er omtalt i MeArm -dokumentasjonen, så sørg for å følge instruksjonene for kontrolleren som presenteres her og ikke de som er i original dokumentasjon fra MeArm. De mekaniske detaljene for montering av MeArm -akrylkomponentene og servomotorene forblir de samme.

Trinn 14: Robotarm Wi -Fi -kontroller - Forbered Arduino for NodeMCU

NodeMCU er en åpen kildekode -plattform basert på ESP8266 -brikken. Denne brikken inkluderer en 32-biters RISC-prosessor som kjører på 80 MHz, Wi-Fi (IEEE 802.11 b/g/n), RAM-minne, Flash-minne og 16 I/O-pinner.

Vår maskinvare for kontrolleren er basert på ESP-12-modulen som vises her, som inkluderer en ESP8266-brikke sammen med den medfølgende Wi-Fi-nettverksstøtten.

Arduino er en elektronisk plattform med åpen kildekode basert på brukervennlig maskinvare og programvare. Den er beregnet for alle som lager interaktive prosjekter. Selv om Arduino -plattformen vanligvis bruker Atmel AVR -mikrokontroller, kan den være en adapter for å fungere med andre mikrokontrollere, inkludert vår ESP8266.

For å starte må du sørge for at du har Arduino IDE installert på datamaskinen. Hvis du ikke har IDE installert, kan du laste den ned gratis (www.arduino.cc).

Du trenger også drivere for datamaskinens operativsystem (OS) for å få tilgang til riktig Serial-USB-brikke på NodeMCU-modulen du bruker. For tiden inkluderer de fleste NodeMCU-moduler CH340 Serial-USB-brikken. Produsenten av CH340 -brikkene (WCH.cn) har drivere tilgjengelig for alle populære operativsystemer. Det er best å bruke den oversatte siden for Google for nettstedet deres.

Når vi har Arduino IDE installert og OS -driverne installert for USB -grensesnittbrikken, må vi utvide Ardino IDE til bruk med ESP8266 -brikken. Kjør IDE, gå til preferanser, og finn feltet for å skrive inn "Ekstra Board Manager -URLer"

For å installere Board Manager for ESP8266, lim inn denne URLen:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Etter installasjonen, lukk IDE og start den deretter opp igjen.

Koble nå NodeMCU -modulen til datamaskinen din ved hjelp av microUSB -kabelen.

Velg brettypen i Arduino IDE som NodeMCU 1.0

Her er en instruks som går gjennom oppsettprosessen for Arduino NodeMCU ved å bruke noen forskjellige applikasjonseksempler. Det er litt på avveie fra målet her, men det kan være nyttig å se på et annet synspunkt hvis du blir sittende fast.

Trinn 15: Robotarm Wi -Fi -kontroller - Hack ditt første NodeMCU -program

Når vi kobler til en ny maskinvare eller installerer et nytt programvareverktøy, liker vi å sørge for at den fungerer ved å prøve noe veldig enkelt. Programmerere kaller dette ofte "hallo verden" -programmet. For innebygd maskinvare (det vi gjør her) blinker "hei verden" vanligvis en LED (lysemitterende diode).

Heldigvis har NodeMCU en innebygd LED som vi kan blinke. Arduino IDE har også et eksempelprogram for blinkende lysdioder.

I Arduino IDE åpner du eksempelet blink. Hvis du undersøker denne koden nøye, kan du se at den veksler svingpinne 13 høyt og lavt. På de originale Arduino -kortene er bruker -LED -en på pin 13. Imidlertid er NodeMCU LED på pin 16. Så vi kan redigere programmet blink.ino for å endre hver referanse til pin 13 til pin 16. Deretter kan vi kompilere programmet og last den opp til NodeMCU -modulen. Dette kan ta noen forsøk og kan kreve bekreftelse av USB -driveren og dobbeltsjekking av innstillingene til kortet og porten i IDE. Ta deg god tid og vær tålmodig.

Når programmet er lastet opp riktig, vil IDE si "opplasting fullført" og LED -lampen begynner å blinke. Se hva som skjer hvis du endrer lengden på funksjonen delay () inne i programmet og deretter laster den opp igjen. Er det det du forventet. I så fall har du hacket din første innebygde kode. Gratulerer!

Trinn 16: Robotarm Wi -Fi -kontroller - Eksempel på programvarekode

Blynk (www.blynk.cc) er en plattform som inkluderer iOS- og Android -apper for å kontrollere Arduino, Raspberry Pi og annen maskinvare over Internett. Det er et digitalt dashbord hvor du kan bygge et grafisk grensesnitt for prosjektet ditt ved å dra og slippe widgets. Det er veldig enkelt å sette opp alt, og du begynner å tinke med en gang. Blynk vil gjøre deg online og klar for Internet Of Your Things.

Ta en titt på Blynk -nettstedet og følg instruksjonene for å sette opp Arduino Blynk -biblioteket.

Ta tak i ArmBlynkMCU.ino Arduino -programmet som er vedlagt her. Du vil legge merke til at den har tre strenger som må initialiseres. Du kan ignorere disse for nå og bare sørge for at du kan kompilere og laste opp koden slik den er til NodeMCU. Du trenger dette programmet lastet til NodeMCU for neste trinn med kalibrering av servomotorene.

Trinn 17: Robotarm Wi -Fi -kontroller - Kalibrering av servomotorer

ESP-12E motorskjermkort støtter direkte plugging av NodeMCU-modulen. Sett forsiktig opp og sett inn NodeMCU-modulen på motorskjermkortet. Koble også de fire servoene til skjoldet som vist. Vær oppmerksom på at kontaktene er polariserte og må orienteres som vist.

NodeMCU -koden som ble lastet inn i siste trinn initialiserer servoene til deres kalibreringsposisjon som vist her og diskutert i MeArm -dokumentasjonen. Fest servoarmene i riktig retning mens servoene er satt til kalibreringsposisjonen, sikrer at riktig startpunkt, sluttpunkt og bevegelsesområde er konfigurert for hver av de fire servoene.

Om bruk av batteristrøm med NodeMCU og MeArm servomotorer:

Batterikablene skal være koblet til batteriets inngangsklemmer. Det er en strømknapp i plast på motorskjermen for å aktivere batteriinngangstilførselen. Den lille hoppeblokken i plast brukes til å lede strøm til NodeMCU fra motorskjermen. Uten jumperblokken er installert, kan NodeMCU koble seg selv fra USB -kabelen. Med jumperblokken installert (som vist), ledes batteristrømmen til NodeMCU -modulen.

Trinn 18: Brukergrensesnitt for robotarm - Integrer med Blynk

Vi kan nå konfigurere Blynk -appen til å kontrollere servomotorene.

Installer Blyk -appen på din iOS- eller Android -mobile enhet (smarttelefon eller nettbrett). Når den er installert, setter du opp et nytt Blynk -prosjekt med fire glidebrytere som vist for kontroll av de fire servomotorene. Legg merke til Blynk -autorisasjonstokenet som er generert for ditt nye Blynk -prosjekt. Du kan få den sendt på e -post for enkel liming.

Rediger ArmBlynkMCU.ino Arduino -programmet for å fylle ut de tre strengene:

• Wi-Fi SSID (for Wi-Fi-tilgangspunktet ditt)
• Wi-Fi-passord (for Wi-Fi-tilgangspunktet ditt)
• Blynk Authorization Token (fra ditt Blynk -prosjekt)

Nå kompiler og last opp den oppdaterte koden som inneholder de tre strengene.

Kontroller at du kan flytte de fire servomotorene over Wi-Fi ved hjelp av glidebryterne på mobilenheten.

Trinn 19: Robotarm - mekanisk montering

Vi kan nå fortsette med den mekaniske monteringen av MeArm. Som tidligere nevnt, kan dette være litt vanskelig. Ta deg god tid og vær tålmodig. Prøv å ikke tvinge servomotorene.

Husk at denne MeArm styres av NodeMCU Wi-Fi-modulen som er ganske annerledes enn det originale "hjernen" -kortet som er omtalt i MeArm-dokumentasjonen. Sørg for å følge instruksjonene for kontrolleren som presenteres her og ikke de som er i original dokumentasjon fra MeArm.

Den komplette mekaniske monteringsdetaljene finner du på dette nettstedet. De er merket som Build Guide for MeArm v1.0.

Trinn 20: Online ressurser for å studere robotikk

Det er et økende antall elektroniske robotikk -kurs, bøker og andre ressurser …

• Stanford Course: Introduction to Robotics
• Columbia Course: Robotics
• MIT Course: Underactuated Robotics
• Robotikk WikiBook
• Robotics CourseWare
• Lære databehandling med roboter
• Robotikk demystifisert
• Robotmekanismer
• Matematisk robotisk manipulasjon
• Utdanningsroboter med Lego NXT
• LEGO Education
• Banebrytende robotikk
• Innebygd robotikk
• Autonome mobilroboter
• Klatre- og gåroboter
• Klatre- og gåroboter Nye applikasjoner
• Humanoid -roboter
• Robotvåpen
• Robotmanipulatorer
• Fremskritt innen robotmanipulatorer
• AI Robotics

Å utforske disse og andre ressursene vil kontinuerlig utvide din kunnskap om robotteknologi.

Trinn 21: Robotics Acheivement Patch

Gratulerer! Hvis du har gjort din beste innsats i disse robotprosjektene og avansert kunnskapen din, bør du bære den medfølgende prestasjonslappen med stolthet. La verden få vite at du er en mester i servoer og sensorer.

Trinn 22: Hack the Planet

Vi håper du liker HackerBoxes Robotics Workshop. Denne og andre workshops kan kjøpes fra nettbutikken på HackerBoxes.com, hvor du også kan abonnere på den månedlige HackerBoxes -abonnementsboksen og få flotte prosjekter levert til postkassen din hver måned.

Vennligst del din suksess i kommentarene nedenfor og/eller på HackerBoxes Facebook Group. Gi oss beskjed hvis du har spørsmål eller trenger hjelp med noe. Takk for at du var en del av HackerBoxes -eventyret. La oss lage noe flott!