HackerBoxes Robotics Workshop: 22 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:30

HackerBoxes Robotics Workshop var designet til at give en meget udfordrende, men underholdende introduktion til gør -det -selv -robotsystemer og også hobbyelektronik generelt. Robotikværkstedet er designet til at udsætte deltageren for disse vigtige emner og læringsmål:

• Gående robotter
• Gearede forsamlinger til koordinering af bevægelse
• Lodning af elektroniske projekter
• Skematiske kredsløbsdiagrammer
• Optiske sensorer til autonom styring og navigation
• Analoge lukkede kredsløbskredsløb
• Arduino programmering
• NodeMCU integrerede RISC -processorer
• Wi-Fi i integrerede processorsystemer
• IoT -kontrol ved hjælp af Blyk -platformen
• Kabelføring og kalibrering af servomotorer
• Kompleks robotmontering og kontrolintegration

HackerBoxes er den månedlige abonnementskassetjeneste til DIY -elektronik og computerteknologi. Vi er beslutningstagere, hobbyfolk og eksperimenterende. Hvis du gerne vil købe et HackerBoxes -værksted eller modtage HackerBoxes overraskelsesabonnementskasse med store elektronikprojekter med posten hver måned, kan du besøge os på HackerBoxes.com og deltage i revolutionen.

Projekter i HackerBox Workshops såvel som dem i det månedlige abonnement HackerBoxes er ikke ligefrem for begyndere. De kræver generelt en vis DIY elektronikeksponering, grundlæggende loddefærdigheder og komfort ved at arbejde med mikrokontrollere, computerplatforme, operativsystemfunktioner, funktionsbiblioteker og enkel programkodning. Vi bruger også alle de typiske hobbyværktøjer til at bygge, debugge og teste DIY -elektronikprojekter.

Hack planeten!

Trin 1: Workshopens indhold

• RoboSpider Kit
• Autonom line efter robot -kit
• Arduino robotarm Wi-Fi-controller
• MeArm Robotic Arm Kit
• Robotik Achievement Patch

Yderligere ting, der kan være nyttige:

• Syv AA -batterier
• Grundlæggende loddeværktøjer
• Computer til at køre Arduino IDE

Et meget vigtigt ekstra element, vi får brug for, er en ægte følelse af eventyr, DIY -ånd og hacker -nysgerrighed. At starte ethvert eventyr som skaber og skaber kan være en spændende udfordring. Især denne type hobbyelektronik er ikke altid let, men når du vedvarer og nyder eventyret, kan der være stor tilfredshed ved at holde ud og finde ud af alt!

Trin 2: RoboSpider

Byg din egen RoboSpider med dette robotsæt. Den har otte ben med flere led, der kopierer gangbevægelsen fra ægte edderkopper. Undersøg kitens dele for at kontrollere 71 stykker vist her. Kan du gætte, hvad hvert stykke bruges til inden for RoboSpider -designet?

Trin 3: RoboSpider - ledninger

Før først kablet til motoren og batterihuset til RoboSpider. Ledningerne kan simpelthen vrides på batteripolerne som vist i vejledningen. Ledningerne kan dog også forsigtigt loddes på plads, hvis du ønsker det.

Trin 4: RoboSpider - mekanisk samling

En meget interessant gearmontering er dannet til hvert par ben. Hver RoboSpider har fire sådanne samlinger af to ben hver for at koordinere bevægelsen af otte separate edderkoppeben. Bemærk, hvordan en armatur er leveret til at hjælpe med at justere gearene.

Resten af RoboSpider kan samles som vist i vejledningen. Hvilken type gangdynamik udviser denne RoboSpider?

Trin 5: Lad os blive klar til lodning

Lodning er en proces, hvor to eller flere metalgenstande (ofte ledninger eller ledninger) sættes sammen ved at smelte et fyldemetal kaldet loddemetal i samlingen mellem metalemnerne. Forskellige typer af loddeværktøjer er let tilgængelige. HackerBoxes Starter Workship indeholder et flot sæt af de grundlæggende værktøjer til lodning af lille elektronik:

• Loddekolbe
• Udskiftningstip
• Loddejernstativ
• Loddejern Tip Cleaner
• Lodde
• Desoldering Wick

Hvis du er ny inden for lodning, er der en masse gode vejledninger og videoer online om lodning. Her er et eksempel. Hvis du føler, at du har brug for yderligere hjælp, kan du prøve at finde en lokal maker -gruppe eller hackerplads i dit område. Amatørradioklubber er også altid gode kilder til elektronikoplevelse.

Brug sikkerhedsbriller under lodning

Du vil også gerne have lidt isopropylalkohol og podepinde til rengøring af den brunlige fluxrester, der er tilbage på dine loddeled. Hvis den efterlades på plads, vil denne rest i sidste ende korrodere metallet i forbindelsen.

Endelig vil du måske tjekke tegneserien "Lodning er let" fra Mitch Altman.

Trin 6: Linje efter robot

The Line Following (aka Line Tracing) Robot kan følge en tyk sort linje tegnet på en hvid overflade. Linjen skal være omkring 15 mm tyk.

Trin 7: Linje efter robot - skematisk og komponenter

Dele til linjen efter robotten samt det skematiske kredsløbsdiagram er vist her. Prøv at identificere alle delene. Mens du gennemgår teorien om operationer herunder, skal du se om du kan finde ud af formålet med hver af delene og måske endda hvorfor deres værdier er blevet specificeret så. At prøve at "reverse engineer" eksisterende kredsløb er en fantastisk måde at lære at designe dine egne.

Teori om drift:

På hver side af linjen bruges en LED (D4 og D5) til at projicere et lyspunkt på overfladen nedenfor. Disse bund -lysdioder har klare linser til at danne en rettet lysstråle i modsætning til en diffust stråle. Afhængigt af at overfladen under LED'en er hvid eller sort, vil en anden mængde lys reflektere tilbage til den tilsvarende fotoresistor (D13 og D14). Den sorte slange omkring fotoresistoren hjælper med at fokusere den reflekterede muligvis direkte ind i sensoren. Fotoresistorsignalerne sammenlignes i LM393 -chippen for at afgøre, om robotten skal fortsætte ligeud eller skal drejes. Bemærk, at de to komparatorer i LM393 har de samme indgangssignaler, men signalerne er modsat orienteret.

Drejning af robotten opnås ved at tænde jævnstrømsmotoren (M1 eller M2) på ydersiden af svinget, mens motoren efterlades mod indersiden af svinget i slukket tilstand. Motorerne tændes og slukkes ved hjælp af drevtransistorer (Q1 og Q2). De topmonterede røde lysdioder (D1 og D2) viser os, hvilken motor der til enhver tid er tændt. Denne styremekanisme er et eksempel på lukket kredsløbskontrol og giver hurtigt adaptiv vejledning til at opdatere robotens bane på en meget enkel, men effektiv måde.

Trin 8: Linje efter robot - modstande

En modstand er en passiv, to-terminal, elektrisk komponent, der implementerer elektrisk modstand som et kredsløbselement. I elektroniske kredsløb bruges modstande til blandt andet at reducere strømmen, justere signalniveauer, opdele spændinger, bias aktive elementer og afslutte transmissionslinjer. Modstande er almindelige elementer i elektriske netværk og elektroniske kredsløb og findes allestedsnærværende i elektronisk udstyr.

Linjefølgende robotsæt indeholder fire forskellige værdier for aksial-ledede, gennemgående huller, der har de farvekodede bånd som vist:

• 10 ohm: brun, sort, sort, guld
• 51 ohm: grøn, brun, sort, guld
• 1K ohm: brun, sort, sort, brun
• 3.3K ohm: orange, orange, sort, brun

Modstandene skal indsættes fra toppen af printkortet (PCB) som illustreret og derefter loddes nedefra. Selvfølgelig skal den korrekte værdi af modstand indsættes blev angivet, de kan ikke udskiftes. Modstande er imidlertid ikke polariserede, og de kan indsættes i begge retninger.

Trin 9: Linje efter robot - resterende komponenter

Andre kredsløbselementer, som vist her, kan indsættes fra toppen af printkortet og loddes herunder, ligesom modstandene.

Bemærk, at de fire lyssensorkomponenter faktisk er indsat fra bunden af printkortet. Den lange bolt er indsat mellem lyssensorkomponenterne og fastgjort tæt med den åbne møtrik. Derefter kan møtrikken med afrundet hætte placeres på enden af bolten som en glat svævefly.

I modsætning til modstandene er flere andre komponenter polariseret:

Transistorerne har en flad side og en halvcirkelformet side. Når de indsættes i printkortet, skal du sørge for, at disse matcher de hvide silketryk på PCB'en.

Lysdioderne har en lang ledning og en kortere ledning. Den lange ledning skal matches med + -terminalen som angivet på silkeskærmen.

De dåseformede elektrolytkondensatorer har en negativ terminalindikator (normalt en hvid stribe), der går ned på den ene side af dåsen. Føringen på den side er den negative føring, og den anden er den positive. Disse skal indsættes i printet i henhold til stiftindikatorerne i silketryk.

Den 8-benede chip, dens sokkel og printkortet til at indsætte dem har alle en halvcirkelformet indikator i den ene ende. Disse skal stå i kø for alle tre. Stikkontakten skal loddes ind i printkortet, og chippen bør ikke indsættes i fatningen, før lodningen er færdig og afkølet. Selvom chippen muligvis er loddet direkte ind i printkortet, skal man være meget hurtig og forsigtig, når man gør det. Vi anbefaler at bruge en stikkontakt, når det er muligt.

Trin 10: Linje efter robot - batteripakke

Det tynde, øverste lag af den dobbeltsidede tape kan skrælles af for at fastgøre batteripakken. Ledningerne kan føres gennem printkortet og loddes herunder. Den overskydende ledning kan være nyttig til lodning af motorerne.

Trin 11: Linje efter robot - Motorer

Ledninger til motorerne kan loddes til elektroderne på undersiden af printkortet som vist. Når elektroderne er blevet loddet, kan det tynde, øverste lag af det dobbeltsidede tape fjernes for at fastgøre motorerne til printkortet.

Trin 12: Line Following Robot - Watch It Go

Linjen efter robotten er en glæde at se. Kom et par AA -battericeller i, og lad det rive.

Om nødvendigt kan trimmerpotentiometrene indstilles til at forfine robotens kantdetektering.

Hvis der er andre "adfærd" -problemer med robotten, er det også nyttigt at kontrollere justeringen af de fire underside -sensorkomponenter og især det sorte rør omkring fotoresistorer.

Endelig skal du bruge nye batterier. Vi har bemærket uregelmæssig ydeevne, når batteriet er tomt.

Trin 13: Robotarm fra MeArm

MeArm Robot Arm blev udviklet til at være verdens mest tilgængelige læringsværktøj og den mindste, sejeste robotarm. MeArm leveres som et fladpakts robotarmsæt, der består af laserskårne akrylplader og mikroservoer. Du kan bygge den med intet andet end en skruetrækker og entusiasme. Det er blevet beskrevet som "Perfect Arduino Project for Beginners" af Lifehacker -webstedet. MeArm er et fantastisk design og en masse sjov, men kan helt sikkert være lidt vanskelig at samle. Tag dig god tid og vær tålmodig. Prøv aldrig at tvinge servomotorer. Hvis du gør det, kan det muligvis beskadige de små plastgear inde i servoen.

MeArm i denne workshop styres fra en smartphone eller tablet-app ved hjælp af et NodeMCU Wi-Fi-modul tilpasset Arduino-udviklingsplatformen. Denne nye kontrolmekanisme er ganske anderledes end det originale "hjerne" -kort, der er diskuteret i MeArm -dokumentationen, så sørg for at følge instruktionerne for controlleren, der præsenteres her, og ikke dem i den originale dokumentation fra MeArm. De mekaniske detaljer vedrørende samling af MeArm -akrylkomponenterne og servomotorerne forbliver de samme.

Trin 14: Robotarm Wi -Fi -controller - Forbered Arduino til NodeMCU

NodeMCU er en open source -platform baseret på ESP8266 -chippen. Denne chip indeholder en 32-bit RISC-processor, der kører ved 80 MHz, Wi-Fi (IEEE 802.11 b/g/n), RAM-hukommelse, Flash-hukommelse og 16 I/O-ben.

Vores controller-hardware er baseret på ESP-12-modulet vist her, som inkluderer en ESP8266-chip sammen med den medfølgende Wi-Fi-netværkssupport.

Arduino er en open-source elektronikplatform baseret på brugervenlig hardware og software. Det er beregnet til alle, der laver interaktive projekter. Selvom Arduino -platformen generelt bruger Atmel AVR -mikrokontroller, kan den være adapter til at arbejde med andre mikrokontrollere, herunder vores ESP8266.

For at starte skal du sørge for, at du har Arduino IDE installeret på din computer. Hvis du ikke har IDE installeret, kan du downloade det gratis (www.arduino.cc).

Du skal også bruge drivere til din computers operativsystem (OS) for at få adgang til den relevante Serial-USB-chip på det NodeMCU-modul, du bruger. I øjeblikket inkluderer de fleste NodeMCU-moduler CH340 Serial-USB-chippen. Producenten af CH340 -chips (WCH.cn) har drivere til rådighed for alle populære operativsystemer. Det er bedst at bruge den Google oversatte side til deres websted.

Når vi har Arduino IDE installeret og OS -driverne installeret til USB -interfacechippen, skal vi udvide Ardino IDE til brug med ESP8266 -chip. Kør IDE, gå ind i præferencer, og find feltet til indtastning af "Yderligere bestyrelsesmanager -webadresser"

For at installere Board Manager til ESP8266 skal du indsætte denne URL:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Efter installationen skal du lukke IDE'en og derefter starte den igen.

Tilslut nu NodeMCU -modulet til din computer ved hjælp af microUSB -kablet.

Vælg korttypen i Arduino IDE som NodeMCU 1.0

Her er en instruerbar, der går over installationsprocessen for Arduino NodeMCU ved hjælp af nogle forskellige applikationseksempler. Det er lidt på afveje fra målet her, men det kan være nyttigt at se på et andet synspunkt, hvis du sidder fast.

Trin 15: Robotarm Wi -Fi -controller - Hack dit første NodeMCU -program

Når vi forbinder et nyt stykke hardware eller installerer et nyt softwareværktøj, vil vi gerne sikre os, at det fungerer ved at prøve noget meget enkelt. Programmører kalder dette ofte "hej verden" -programmet. For indlejret hardware (hvad vi laver her) blinker "hej verden" normalt en LED (lysemitterende diode).

Heldigvis har NodeMCU en indbygget LED, som vi kan blinke. Arduino IDE har også et eksempelprogram til blinkende lysdioder.

I Arduino IDE skal du åbne eksemplet kaldet blink. Hvis du undersøger denne kode nøje, kan du se, at den skifter drejestift 13 højt og lavt. På de originale Arduino -tavler er bruger -LED'en på pin 13. Dog er NodeMCU LED'en på pin 16. Så vi kan redigere programmet blink.ino for at ændre hver reference til pin 13 til pin 16. Herefter kan vi kompilere programmet og uploade det til NodeMCU -modulet. Dette kan tage et par forsøg og kan kræve verificering af USB -driveren og dobbelttjek af indstillingen af kortet og porten i IDE. Tag dig god tid og vær tålmodig.

Når programmet er korrekt uploadet, siger IDE "upload fuldført", og LED'en begynder at blinke. Se, hvad der sker, hvis du ændrer funktionen delay () i programmet og derefter uploader det igen. Er det hvad du forventede. I så fald har du hacket din første integrerede kode. Tillykke!

Trin 16: Robotarm Wi -Fi -controller - Eksempel på softwarekode

Blynk (www.blynk.cc) er en platform, der indeholder iOS- og Android -apps til styring af Arduino, Raspberry Pi og anden hardware over internettet. Det er et digitalt dashboard, hvor du kan opbygge en grafisk grænseflade til dit projekt ved blot at trække og slippe widgets. Det er virkelig simpelt at konfigurere alt, og du begynder at pille med det samme. Blynk får dig online og klar til Internet Of Your Things.

Tag et kig på Blynk -webstedet, og følg vejledningen til opsætning af Arduino Blynk -biblioteket.

Tag fat i ArmBlynkMCU.ino Arduino -programmet vedhæftet her. Du vil bemærke, at den har tre strenge, der skal initialiseres. Du kan ignorere dem for nu og bare sørge for, at du kan kompilere og uploade koden, som den er til NodeMCU. Du skal bruge dette program indlæst til NodeMCU til det næste trin i kalibrering af servomotorer.

Trin 17: Robotarms Wi -Fi -controller - Kalibrering af servomotorer

ESP-12E motorafskærmningskortet understøtter direkte tilslutning af NodeMCU-modulet. Stil forsigtigt op, og sæt NodeMCU-modulet i motorafskærmningskortet. Tilslut også de fire servoer til skjoldet som vist. Bemærk, at konnektorerne er polariserede og skal orienteres som vist.

NodeMCU -koden, der blev indlæst i sidste trin, initialiserer servoerne til deres kalibreringsposition som vist her og diskuteret i MeArm -dokumentationen. Ved at anbringe servoarmene i den korrekte retning, mens servoerne er indstillet til deres kalibreringsposition, sikres det korrekte startpunkt, slutpunkt og bevægelsesområde for hver af de fire servoer.

Om brug af batteristrøm med NodeMCU og MeArm servomotorer:

Batterikablerne skal forbindes til batteriets indgangsskrueterminaler. Der er en afbryderknap i plast på motorskærmen for at aktivere batteriindgangsforsyningen. Den lille plastjumperblok bruges til at lede strøm til NodeMCU fra motorskærmen. Uden jumperblokken installeret kan NodeMCU strømforsynes fra USB -kablet. Med jumperblokken installeret (som vist), ledes batteristrømmen til NodeMCU -modulet.

Trin 18: Robotarms brugergrænseflade - Integrer med Blynk

Vi kan nu konfigurere Blynk -appen til at styre servomotorer.

Installer Blyk -appen på din iOS- eller Android -mobilenhed (smartphone eller tabletcomputer). Når det er installeret, skal du oprette et nyt Blynk -projekt med fire skydere som vist til styring af de fire servomotorer. Bemærk Blynk -autorisationstokenet, der er genereret til dit nye Blynk -projekt. Du kan få det sendt til dig for at lette indsætningen.

Rediger ArmBlynkMCU.ino Arduino -programmet for at udfylde de tre strenge:

• Wi-Fi SSID (til dit Wi-Fi-adgangspunkt)
• Wi-Fi-adgangskode (til dit Wi-Fi-adgangspunkt)
• Blynk Authorization Token (fra dit Blynk -projekt)

Nu skal du kompilere og uploade den opdaterede kode, der indeholder de tre strenge.

Kontroller, at du kan flytte de fire servomotorer over Wi-Fi ved hjælp af skyderne på din mobilenhed.

Trin 19: Robotarm - Mekanisk samling

Vi kan nu fortsætte med den mekaniske samling af MeArm. Som tidligere bemærket kan dette være lidt vanskeligt. Tag dig god tid og vær tålmodig. Prøv ikke at tvinge servomotorer.

Husk, at denne MeArm styres af NodeMCU Wi-Fi-modulet, som er ganske anderledes end det originale "hjerne" -kort, der er beskrevet i MeArm-dokumentationen. Sørg for at følge instruktionerne for controlleren, der præsenteres her og ikke dem i original dokumentation fra MeArm.

De komplette detaljer om mekanisk samling kan findes på dette websted. De er mærket som Build Guide for MeArm v1.0.

Trin 20: Online ressourcer til studier af robotik

Der er et stigende antal online robottekniske kurser, bøger og andre ressourcer …

• Stanford -kursus: Introduktion til robotik
• Columbia Course: Robotik
• MIT -kursus: Underaktueret robotik
• Robotik WikiBook
• Robotics CourseWare
• Lær computing med robotter
• Robotik afmystificeret
• Robotmekanismer
• Matematisk robotisk manipulation
• Uddannelsesrobotter med Lego NXT
• LEGO Education
• Cutting Edge Robotics
• Indlejret robotik
• Autonome mobile robotter
• Klatre- og gårobotter
• Klatre- og vandrerobotter Nye applikationer
• Humanoid -robotter
• Robotvåben
• Robotmanipulatorer
• Fremskridt inden for robotmanipulatorer
• AI Robotics

At udforske disse og andre ressourcer vil løbende udvide din viden om robotteknologi.

Trin 21: Robotics Acheivement Patch

Tillykke! Hvis du har ydet din bedste indsats i disse robotprojekter og avanceret din viden, skal du bære den medfølgende præstation patch med stolthed. Lad verden vide, at du er en mester i servoer og sensorer.

Trin 22: Hack planeten

Vi håber, at du nyder HackerBoxes Robotics Workshop. Denne og andre workshops kan købes i onlineshoppen på HackerBoxes.com, hvor du også kan abonnere på den månedlige HackerBoxes -abonnementsboks og få leveret flotte projekter direkte til din postkasse hver måned.

Del venligst din succes i kommentarerne herunder og/eller på HackerBoxes Facebook -gruppen. Lad os bestemt vide det, hvis du har spørgsmål eller har brug for hjælp til noget. Tak fordi du var en del af HackerBoxes -eventyret. Lad os lave noget godt!