Trin-for-trin uddannelse i robotik med et sæt: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Efter en del måneder med at bygge min egen robot (se alle disse), og efter to gange at have fejlet dele, besluttede jeg mig for at tage et skridt tilbage og tænke min strategi og retning.

De flere måneders oplevelse var til tider meget givende og mange gange meget frustrerende, meget hårdt, meget skuffende. Mange gange virkede det som to skridt frem, et skridt tilbage.

Og jeg tror, det skyldes en kombination af flere ting.

Mit mål var at bygge en "rigtig" robot - ikke et legetøj. En stor, kraftfuld robot med robuste dele og masser af tilgængelig batterienergi, der kunne køre (hele dagen?) Og også være autonom. At den sikkert kunne navigere i hele min lejlighed uden at forårsage (sig selv eller nogen / noget) skade.

Mens jeg meget langsomt gjorde fremskridt, var mængden af forskning, forsøg og fejl, prøv det, prøv det, meget tidskrævende og tog meget mental / følelsesmæssig energi.

Efter at de samme dele mislykkedes to gange, ville det være sindssygt bare at udskifte dem igen og fortsætte.

Det var med et tungt hjerte, at jeg valgte at lade det nuværende "Wallace" -projekt gå tilbage på hylden, især da jeg var så tæt på at indarbejde en IMU i robotternes operativsoftware.

Så hvad skal man gøre nu

Det skete sådan, at jeg i løbet af den sidste uge af mit "gør-det-selv" robot-projekt, på arbejde tog et online softwarekursus. Kurset er irrelevant - det der gjorde indtryk på mig var bare hvor godt det var. Instruktøren førte praktisk taget beskueren i hånden, trin for trin, og man kunne følge med, stoppe videoen, lave programmeringsproblemet (bare et lille stykke ad gangen) og derefter se, hvordan ens løsning matchede instruktørens.

Og - endnu bedre - hele serien kredser om et rigtigt softwareprojekt, der faktisk er let nyttigt til virkelige hjemmesideforretningsbehov.

Det var så givende, så IKKE stressende, at slippe for at spekulere på "hvad skal jeg så lære? Hvordan ville jeg gøre / lære 'X'"?

Så mellem det, der foregik på arbejdet, og de dele, der svigtede derhjemme, og jeg var så udmattet af indsatsen, at jeg ønskede noget lignende det online -kursus, jeg tog på arbejde - men at det var for at lære robotik.

Hvad jeg IKKE ønskede, er at gentage de sidste par måneder. Jeg havde ikke lyst til at købe endnu et robotsæt, og derefter skrubbe lidt mere for at få det til at gøre, hvad jeg vil, det skal gøre. Og jeg ville heller ikke have en helt bygget, klar til løsning, for hvad ville jeg så lære? Jeg har allerede lavet "saml-din-første-robotten".

Trin 1: Robotik er …

Problemet med virkelig at lære robotik er, at der bare er så meget involveret. Det er skæringspunktet mellem mindst (hvis ikke flere) disse:

• Maskiningeniør
• elektrisk / elektronisk teknik
• software Engineering

Hver af ovenstående kan uddybes yderligere (hvilket jeg ikke vil gøre her). Pointen er: der er MEGET at lære.

Jeg besluttede at gå med en todelt tilgang, og dermed denne "instruerbare", som læseren kan overveje. Jeg besluttede at tackle eller starte i to forskellige, men komplementære retninger samtidigt.

• Gennemgå / Forbedre Til / Lær / Udvid DC- og vekselstrømsanalyse
• Find et kursus / program, der er en kombination af teori / foredrag og hands-on, og kredser om et robotsæt.

Trin 2: DC og AC Electrical Engineering

Grunden til, at jeg vil bruge tid på at lære og gennemgå dette område, er fordi robottens dele sandsynligvis mislykkedes på grund af min mangel på at levere korrekt kredsløbsbeskyttelse i visse områder. Hvis du gennemgår de robotrelaterede instruktioner, synes jeg stadig, at de er meget gode og nyttige, selv nu. Det var kun et bestemt segment af dele, der svigtede, og kun efter nogen tid.

For at være specifik inkluderede robotten en overflade på topniveau, hvor der var det, jeg kalder "understøttende kredsløb". Disse er GPIO-portudvidelse og sensorrelaterede kredsløb, breakout-kort, chips, strømfordeling og kabler, der er nødvendige for at overvåge og styre alle slags sensorer, for at robotten skal være sikker og autonom.

Det var kun nogle få af disse dele, der mislykkedes - men de HAR mislykkedes.

Jeg skrev til et ingeniørforum, og jeg fik svar. Det var mængden af detaljer og niveauet af svarene, der virkelig ramte mig, at jeg bare ikke er forberedt på det robotniveau, jeg har i tankerne.

Der er en verden til forskel mellem et lille robotsæt, der har to billige motorer, måske en 2/3 Amp motorstyring, måske et par sensorer, som du kan bære i den ene hånd - og en, der vejer op til 20 kg og har meget kraftige 20A -motorer og op til 15 sensorer, der kan gøre reel skade, hvis noget går galt.

Så det var på tide at tage et andet kig på DC og AC elektronik. Og jeg fandt dette websted:

Matematiklærer DVD. Jeg syntes, at titlen var lidt hokey og forældet. Jeg har ikke engang set en cd eller dvd i år. Ret?

Men jeg tog et kig på det. Og til sidst abonnerede jeg, og nu kan jeg streame videoer hele dagen lang, hvis jeg ønsker det. Alt for $ 20 USD om måneden. Indtil videre har jeg dækket bind 1.

Tænk på at være i en klasse med en professor i front, med et whiteboard, introducere emner, uddybe dem, og så er det øvelse, øvelse, øvelse. Og det er hvad dette websted er.

Vi måtte til sidst ramme matrixalgebra, fordi kredsløbene havde for mange samtidige ligninger med samme antal ukendte. Men det er ok. Han går over algebraen lige nok til at komme igennem problemerne. Hvis eleven ønsker mere, er der også separate matematikfysikkurser. Det har været et meget godt program indtil videre.

Mit håb er, at når jeg kommer igennem disse kurser, vil jeg nå frem til svarene på mine problemer, da mine dele svigter, og være klar til fremtidig robotik inden for elektronik.

Trin 3: Robotikuddannelse og projekt

Men her er den bedste del. Det foregående trin kan måske være lidt tørt og ikke givende. (Selvom du, når du er forbi et bestemt punkt, VIL være i stand til at vælge dine egne dele, designe dit eget kredsløb og bygge, hvad du vil. Sig, at du ville bygge (bare for sjov) en radiosender og en modtager. Sig, at du ønskede, at det skulle være med dit eget valg af frekvens og protokol. Du ville vide, hvordan du designer dine egne kredsløb.)

Der er noget andet at gøre på samme tid: et robotikkursus. Et rigtigt robotikkursus.

(Hvis du kun vil have mikro-controller-kortet til at gøre dine egne ting (jeg sammensætter en række instruktioner, der kan være nyttige), er selve udviklingsbordet MSP432 relativt billigt til omkring $ 27 USD. Du kan tjekke med Amazon, Digikey, Newark, Element14 eller Mouser.)

Det sker sådan, at Texas Instruments for nylig har produceret et så omfattende kursus. TI Robotics Systems Learning Kit. Lad ikke "kit" -delen narre dig. Dette er mere end bare et "build another small robot kit". Tag et seriøst kig på det link.

Det kostede mig $ 200 USD for et komplet kit. Du kan også se den vedhæftede video, jeg lagde til dette trin.

Se alle disse læringsmoduler:

• Kom godt i gang
• Modul 1 - Kørselskode på LaunchPad ved hjælp af CCS (mine observationer af Lab 1)
• Modul 2 - Spænding, strøm og effekt (signalgenerator og kapacitansinstruktioner udarbejdet fra Lab 2)
• Modul 3 - ARM Cortex M (her er Lab 3 noter instruerbare - sammenligning af samling med "C")
• Modul 4 - Softwaredesign ved hjælp af MSP432 (video af Lab 4 -noter, video #2 af Lab 4)
• Modul 5 - Batteri- og spændingsregulering
• Modul 6 - GPIO (tjek et Lab 6 Instructable Part 1, Part 2 og Part 3, men med fokus på samlingsprogrammering)
• Modul 7 - Finite State Machines (Lab 7 Part 1 Assembly)
• Modul 8 - Interfacing Input og Output
• Modul 9 - SysTick -timer
• Modul 10 - Fejlfinding i realtidssystemer
• Modul 11 - Liquid Crystal Display
• Modul 12 - DC -motorer
• Modul 13 - Timere
• Modul 14 - Realtidssystemer
• Modul 15 - Dataindsamlingssystemer
• Modul 16 - Omdrejningstæller
• Modul 17 - Kontrolsystemer
• Modul 18 - Seriel kommunikation
• Modul 19 - Bluetooth Low Energy
• Modul 20 - Wi -Fi
• Konkurrer udfordringer

Denne video fra TI kan sige, hvad jeg ville udtrykke meget bedre end jeg kan.

Trin 4: Brug Robotics Curriculum som udgangspunkt

Selvom det ikke er let eller ikke som forbudt, kan du udvide de forelæsninger, laboratorier, aktiviteter osv., Som pensum tilbyder.

For eksempel har jeg knyttet nogle andre instruktioner til denne (se det foregående trin, der viser alle læringsmodulerne), hvor jeg forsøgte enten at udvide ved at gøre mere med elektronikken (kondensatorer) eller prøve at skrive koden i samling i ud over at skrive det i C.

Jo mere du kender til samlingsprogrammering, jo bedre sprogprogrammerer på højere niveau kan du være; de bedre valg, du vil tage i projekter.

Trin 5: Arduino Vs MSP432 (igangværende arbejde)

Jeg vidste det ikke rigtig med sikkerhed dengang, men jeg havde det indtryk … her er et uddrag fra en artikel, der kan udtrykke det bedre, end jeg kan:

Forskelle mellem Arduino og MSP432401R: Nu vil vi se, hvorfor vi valgte MSP432 i modsætning til den meget populære Arduino. Arduino kan være ganske enkel at programmere og prototype på grund af alle de tilgængelige API'er, men når det kommer til bedre kontrol af hardware, har MSP432 fordelen. Med hjælp af CCS kan vi ikke kun få adgang til adresserummet til MSP432, men også vi kan ændre værdier for forskellige registre, som passende vil påvirke forskellige indstillinger. Arduino er ikke bare en mikrokontroller, det er praktisk talt som en indpakning omkring en mikrokontroller. Arduino er som en kogt tærte, mens MSP432 er som en rå appelsin, som vi selv skal tilberede. Forhåbentlig tydeliggør dette de forskellige anvendelser af dem begge. I begyndelsen kan Arduino bruges, men når ydelsen bliver kritisk, fungerer TI MSP432 meget bedre på grund af kontrollen over hardware.

Det uddrag er taget herfra.

Trin 6: Raspberry Pi 3 B mod MSP432 (igangværende arbejde)

Sammenligningen er ikke rigtig fair, da Pi virkelig er en mikrocomputer, og MSP er en mikrocontroller.

Men med T. I. Robotics Kit -kursus, det bruges som hjerner til en robot.

Det er klart, at Pi har meget mere hukommelse.

Pi'en, der kører Raspbian, er ikke et OS i realtid. Denne ulempe kan spille ind, hvis du var interesseret i at få præcise målinger (timing) fra en sensor.

MSP'en på udviklingsbordet indeholder to generelle LED'er (mindst en, måske begge er RGB), og kortet indeholder også to kortvarige trykknapper til generelle formål.