Balanseringsrobot / 3 -wielrobot / STEM -robot: 8 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Ons het 'n gekombineerde balans- en driewiel -robot gebou vir opvoedkundige gebruik in skole en opvoedkundige programme na skool. Die robot is gebaseer op 'n Arduino Uno, 'n pasgemaakte skerm (alle konstruksie -besonderhede verskaf), 'n Li Ion -batterypak (alle konstruksie -besonderhede verskaf) of 'n 6xAA -batterypak, 'n MPU 6050, 'n BLE bluetooth -module, 'n ultrasoniese module (opsioneel) en 'n servo om 'n arm te beweeg. Daar is ook uitgebreide onderrigmateriaal beskikbaar wat gereed is vir gebruik in klaskamers.

Die aangehegte dokument is die instruksies wat kinders gegee word om die robot te bou in 'n reeks stappe wat opvoedkundige leer by elke stap bied. Dit is die dokument wat aan skole en naskoolse programme verskaf word.

Daar is 7 oefeninge wat gedoen kan word voordat die volledige balaning / 3 -wiel -robotskets opgelaai word. Elkeen van die oefeninge fokus op 'n spesifieke aspek van die robot, bv. die accerometer/gyroscoop sensor, interaksie met 'n slimfoon -app met behulp van bluetooth, die ultasoniese sensor, die servo, ens. skets vir die oefening kan opgelaai en gedoen word. Dit help om die plesier van die bou van die robot met opvoedkundige leer te fokus.

Daar is besluit om 'n Arduino Uno te gebruik, omdat dit baie algemeen is en in baie opvoedkundige instellings gebruik word. Ons het ook, behalwe die skild, standaardmodules van die rak gebruik wat geredelik beskikbaar is. Die onderstel is 3D -gedruk en die ontwerp is beskikbaar op TinkerCAD.

Ons het ook gevind dat hierdie robot kinders inspireer en vertroue gee om na te dink oor die bou van hul eie skeppings en dat dit nie moeilik is nie.

Al die sketse het goeie kommentaar en meer gevorderde studente kan hul eie sketse verander of skryf. Die robot kan 'n algemene platform vorm om te leer oor die Arduino en elektronika.

Die robot werk ook met die 'LOFI -blokke' -app (https://lofiblocks.com/en/), sodat kinders hul eie kode kan skryf in 'n grafiese omgewing soortgelyk aan SCRATCH.

Let op dat die video hierbo die merk 1 -model toon; die robot gebruik nou die RemoteXY -bluetooth -app (wat beskikbaar is vir beide Andriod- en Apple -toestelle); die MPU 6050 is nou op die robotskerm geleë (nie in die skuifbalk onderaan die robot - alhoewel u dit steeds kan vind as u wil) en het 'n opsionele ultrasoniese sensor wat in die skild ingeprop kan word.

Erkennings:

(1) toonhoogte en PID -beheer is gebaseer op sagteware deur Brokking:

(2) RemoteXY -app:

(3) LOFI Blocks en LOFI Robot -app:

(4) arms gebaseer op jjrobots:

(5) alle sketse word op Arduino Create gestoor:

(6) 3D -ontwerpe word op TinkerCAD gestoor:

Disclaimer: Hierdie materiaal word verskaf soos dit is, sonder enige waarborg dat die materiaal korrek is. Die gebruik van die derdeparty -iPhone- en Android -programme wat in hierdie dokument genoem word, is op eie risiko van die gebruiker. Die robot kan 'n litiumionbattery gebruik, die gebruik van die battery en die kragopwekker is op eie risiko van die gebruiker. Die skrywers aanvaar geen aanspreeklikheid vir verliese wat gely word deur enige persoon of organisasie wat hierdie materiaal gebruik of as gevolg van die bou of gebruik van die robot nie.

Stap 1: Onderdele lys

Om die robot van nuuts af te maak, is daar baie stappe, en dit sal baie tyd en sorg verg. U benodig 'n 3D -drukker en is goed in soldeer en konstruksie van elektroniese stroombane.

Die dele wat nodig is om die robot te maak, is:

(1) 3D -druk die uitbreiding van die chasis en die wiel

(2) Arduino Uno

(3) Bou die robotskerm

(4) MPU 6050, AT9 BLE Bluetooth -module, opsionele ultraklankmodule (alles in die skild ingeprop)

(5) SG90 servo

(6) TT -motors en wiele

(7) Bou die kragpakket (óf 6xAA -batterypakket óf Li -ion -batterypakket)

Die aangehegte lêer verduidelik hoe u al die onderdele kan verkry en bou, behalwe die Li Ion -kragbron en die robotskerm, wat in die volgende stappe behandel word.

Stap 2: Robotskild

Die PCB -ontwerp vir die robotskerm word in Fritzing gedoen, die Fritzing -lêer is aangeheg as u die ontwerp wil verander.

Die gerber -lêers vir die skild -PCB is ook aangeheg; u kan hierdie lêers na 'n PCB -vervaardiger stuur om die skild te vervaardig.

Die volgende vervaardigers kan byvoorbeeld 10 x printplate maak vir ongeveer $ 5 + posgeld:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

Die vervaardigingsdokument vir die skild is ook aangeheg.

Stap 3: Power Pack

U kan óf 'n 6xAA-batterypakket óf 'n Li Ion-batterypak vir die robot bou. Die instruksies vir beide is aangeheg.

Die AA-battery is baie makliker om te bou. Die batterye hou egter net ongeveer 20/30 minute voordat dit vervang moet word. Die servo kan ook nie saam met die AA-battery gebruik word nie, so daar is geen bewegende arm nie.

Die Li Ion -battery kan herlaai word en duur ongeveer 60 plus minute tussen laai (afhangende van die kapasiteit van die gebruikte battery). Die Li Ion -battery is egter moeiliker om te bou en gebruik 'n Li Ion -battery, Li Ion -batterye moet versigtig hanteer word.

Die Li Ion -battery bevat 'n beskermingskring wat die battery beskerm teen oor- en onderlading en die maksimum stroom beperk tot 4 ampère. Dit gebruik ook 'n Li Ion -laai -module.

U kan enige Li Ion -batterypak gebruik met 'n uitset van ongeveer 7,2 volt, maar u moet 'n kabel met die toepaslike robotskermprop maak.

Laat weet my as u 'n goeie alternatiewe kragbron het. Die rede waarom ek hierdie Li Ion -pakket opgemaak het, is omdat dit 'n enkele Li Ion -sel gebruik, wat beteken dat dit relatief klein is en kan opgelaai word vanaf enige mikro -USB -laaier of vanaf enige USB -poort, insluitend 'n rekenaar. Li Ion -kragpakke wat ek by ongeveer 7,2 volt gesien het, gebruik 2 selle en benodig 'n spesiale laaier, wat die koste verhoog en nie so maklik is om op te laai nie.

As u besluit om die Li Ion -battery te bou (of enige Li Ion -battery te gebruik), moet u bewus wees van die veiligheidskwessies met sulke batterye, bv.

Stap 4: Robotoefeninge en sketse

Sodra u al die dele gekry het, kan u onderweg programmeringsoefeninge doen as u die robot bou. Hierdie oefeninge en verduidelikings is beskikbaar op Arduino Create - die onderstaande skakels neem u na die Arduino Create -oefeninge - u kan die oefening dan in u Arduino Create -aanmelding oopmaak en stoor.

Om sketse na die robot op te laai, maak seker dat u telefoon nie via Bluetooth aan die robot gekoppel is nie - 'n Bluetooth -verbinding verhoed dat oplaai plaasvind. Alhoewel dit oor die algemeen nie nodig is nie, is die pin vir die Bluetooth -module 123456.

Oefeninge 3, 5 en 7 gebruik die "LOFI robot" slimfoon -app (of die "BLE joystick" -program - alhoewel hierdie app nie altyd met Apple -toestelle werk nie).

Oefening 8 (die volledige robotskets) gebruik die 'RemoteXY' -slimfoon -app om die robot te beheer.

Die LOFI Blocks -skets gebruik die app "LOFI Blocks". (let op: hierdie app werk die beste op Apple -toestelle).

As u 'n oefening in Arduino Create laai, is daar, benewens die arduino -skets, 'n aantal ander oortjies wat inligting gee oor die oefening.

Oefening 1: Basiese beginsels van Arduino - knipper die LED's op die robotskerm rooi en groen. U kan hierdie oefening doen na stap (3) in die konstruksie.

create.arduino.cc/editor/murcha/77bd0da8-1…

Oefening 2: Gyrosensor - maak kennis met gryo's en versnellingsmeters. U kan hierdie oefening doen na stap (4) in die konstruksie. U moet die 'Serial Monitor' gebruik, met 'n baud -tempo op 115200.

create.arduino.cc/editor/murcha/46c50801-7…

Oefening 3: Bluetooth -skakel - vestig 'n Bluetooth -skakel, gebruik 'n slimfoon -app om die LED's op die robotbeheerskerm aan en uit te skakel. U kan hierdie oefening doen na stap (5) in die konstruksie.

create.arduino.cc/editor/murcha/236d8c63-a…

Oefening 4: Ultrasoniese afstandsensor (opsioneel) - maak kennis met die ultrasoniese sensor. U kan hierdie oefening doen na stap (5) in die konstruksie. U moet die 'Serial Monitor' gebruik, met 'n baud -tempo op 115200.

create.arduino.cc/editor/murcha/96e51fb2-6…

Oefening 5: Servomeganisme-maak kennis met die servomeganisme en beweeg die arm, gebruik 'n slimfoon-app om die hoek van die servo-arm te beheer. U kan hierdie oefening doen na stap (8) in die konstruksie. U moet die 'Serial Monitor' gebruik, met 'n baud -tempo op 115200.

create.arduino.cc/editor/murcha/ffcfe01e-c…

Oefening 6: Ry motors - maak kennis met motors, hardloop die dryfmotors vorentoe en agtertoe. Die battery moet aangeskakel word. U moet die 'Serial Monitor' gebruik, met 'n baud -tempo op 115200.

create.arduino.cc/editor/murcha/617cf6fc-1…

Oefening 7: Basiese motor - bou 'n eenvoudige motor met drie wiele ('n robot met 'n derde wiel), ons gebruik 'n slimfoon -app om die motor te bestuur. Gebruik ook die ultrasoniese sensor om u hand te volg. U kan dit op dieselfde punt in die konstruksie as hierbo doen. Die battery moet aangeskakel word en die derde wielaanhegsel moet ingesit word.

create.arduino.cc/editor/murcha/8556c057-a…

Oefening 8: Volbalanseringsrobot - die kode vir die volledige balanseer- / driewielrobot. Gebruik die slimfoon -app “RemoteXY” om die robot te beheer.

create.arduino.cc/editor/murcha/c0c055b6-d…

LOFI Blocks Sketch - laai hierdie skets na die robot om die "LOFI Blocks" -program te gebruik. U kan die robot dan programmeer met behulp van die 'LOFI Blocks' -app wat programmeerblokke gebruik wat soortgelyk is aan SCRATCH.

create.arduino.cc/editor/murcha/b2e6d9ce-2…

Oefening 9: Line Tracing -robot. Dit is moontlik om twee lynopsporingsensors by te voeg en die ultraklankprop te gebruik om die lynopsporingsensors aan die robot te koppel. Let op, die sensors is gekoppel aan digitale penne D2 en D8.

create.arduino.cc/editor/murcha/093021f1-1…

Oefening 10: Bluetooth -beheer. Gebruik Bluetooth en 'n telefoonprogram (RemoteXY) om die robot-LED's en die servomeganisme te beheer. In hierdie oefening leer studente oor Bluetooth, hoe om 'n telefoonprogram te gebruik om dinge in die regte wêreld te beheer en te leer oor LED's en servomeganismes.

create.arduino.cc/editor/murcha/c0d17e13-9…

Stap 5: Balanseer robotwiskunde en programstruktuur

Die aangehegte lêer gee 'n oorsig van die wiskunde- en sagtewarestruktuur van die balanserende deel van die robot.

Die wiskunde agter die balanseringsrobot is eenvoudiger en interessanter as wat u dink.

Vir die meer gevorderde skoolstudente is dit moontlik om die balanserende robot wiskunde te koppel aan die wiskunde- en fisika -studies wat hulle op hoërskool doen.

In wiskunde kan die robot gebruik word om aan te toon hoe trigometrie, differensiasie en integrasie in die werklike wêreld toegepas word. Die kode toon hoe differensiasie en integrasie numeries deur rekenaars bereken word, en ons het gevind dat studente 'n dieper begrip van hierdie konsepte kry.

In physcis bied die versnellingsmeters en die gyroskope insig in die bewegingswette en 'n praktiese begrip van dinge soos waarom die versnellingsmeters raserig is en hoe om die beperkinge in die werklike wêreld te verminder.

Hierdie begrip kan lei tot verdere besprekings, byvoorbeeld PID -beheer en 'n intuatiewe begrip van terugvoerbeheeralgoritmes.

Dit is moontlik om die bou van hierdie robot in die skoolkurrikulum, of in samewerking met 'n naskoolse program, van laerskool tot hoërskoolvlak in te sluit.

Stap 6: Toestel vir videostroomkamera

Ons het 'n framboos -PI -gebaseerde videokamera gemaak wat aan die uitbreiding van die wiel aan die robot geheg kan word. Is gebruik WiFi om die stroomvideostroom na 'n webblaaier oor te dra.

Dit gebruik 'n aparte kragtoevoer na die robot en is 'n selfstandige module.

Die lêer bevat die maakbesonderhede.

As 'n alternatief kan ander selfstandige videostroomkameras soos die Quelima SQ13 aan die uitbreiding van die wiel gekoppel word, byvoorbeeld:

Stap 7: Gebruik N20 Motors in plaas van TT Motors

Dit is moontlik om die N20 -motor in plaas van die TT -motor te gebruik.

Die robot loop gladder en gaan baie vinniger met die N20 -motor.

Die N20 motors wat ek gebruik het, is 3V, 250 rpm N20 motors, bv.

www.aliexpress.com/item/N20-DC-GEAR-MOTOR-…

Die N20-motors is nie so robuust nie en hou nie so lank nie, miskien 5-10 uur se gebruik.

Die N20 -motor vereis dat u die N20 -motorhouers 3D -druk, en daar is 'n wielinsteek sodat 'n TT -motorwiel by die aksiale as van die N20 -motor kan pas.

U kan die N20 -motorhouers vind deur na 'balrobot' te soek in die tinkerCAD -galery.