HackerBoxes Robotics Workshop: 22 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Die HackerBoxes Robotics Workshop is ontwerp om 'n baie uitdagende, maar aangename inleiding tot selfdoen -robotstelsels en ook stokperdjie -elektronika in die algemeen te bied. Die Robotics Workshop is ontwerp om die deelnemer bloot te stel aan hierdie belangrike onderwerpe en leerdoelwitte:

• Lopende robotte
• Gemonteerde samestellings vir die koördinering van beweging
• Soldeer elektroniese projekte
• Skematiese stroombaandiagramme
• Optiese sensors vir outonome stuur en navigasie
• Analoog geslote lus-beheerkringe
• Arduino programmering
• NodeMCU ingebedde RISC -verwerkers
• Wi-Fi in ingeboude verwerkerstelsels
• IoT -beheer met behulp van die Blyk -platform
• Bedrading en kalibrering van servomotore
• Komplekse robotmontering en beheerintegrasie

HackerBoxes is die maandelikse subskripsiediens vir selfdoenelektronika en rekenaartegnologie. Ons is vervaardigers, stokperdjies en eksperimenteerders. As u elke maand 'n HackerBoxes -werkswinkel wil koop of die HackerBoxes -verrassingsintekeningkas met groot elektroniese projekte per pos wil ontvang, besoek ons asseblief op HackerBoxes.com en sluit aan by die revolusie.

Projekte in die HackerBox -werkswinkels sowel as die in die maandelikse intekening HackerBoxes is nie juis vir beginners nie. Hulle benodig gewoonlik vooraf elektroniese blootstelling aan die selfdoen, basiese soldeervaardighede en gemak om met mikrobeheerders, rekenaarplatforms, funksies van die bedryfstelsel, funksiebiblioteke en eenvoudige programkodering te werk. Ons gebruik ook al die tipiese stokperdjie -gereedskap vir die bou, ontfouting en toets van self -elektroniese projekte.

Hack die planeet!

Stap 1: Inhoud van werkswinkel

• RoboSpider -kit
• Outonome lyn na robotstel
• Arduino robotarm-wi-fi-beheerder
• MeArm robotarmstel
• Robotika -prestasie -pleister

Bykomende items wat nuttig kan wees:

• Sewe AA -batterye
• Basiese soldeergereedskap
• Rekenaar vir die bestuur van die Arduino IDE

'N Baie belangrike bykomende item wat ons benodig, is 'n ware gevoel van avontuur, selfdoengees en nuuskierigheid vir hacker. Om 'n avontuur as vervaardiger en skepper te begin, kan 'n opwindende uitdaging wees. In die besonder is hierdie tipe stokperdjie -elektronika nie altyd maklik nie, maar as u volhard en die avontuur geniet, kan u baie tevredenheid put uit volhard en alles uitvind!

Stap 2: RoboSpider

Bou u eie RoboSpider met hierdie robotstel. Dit bevat agt bene met meer gewrigte wat die loopbeweging van regte spinnekoppe dupliseer. Ondersoek die dele van die kit om 71 stukke wat hier getoon word, te verifieer. Kan u raai waarvoor elke stuk in die RoboSpider -ontwerp gebruik word?

Stap 3: RoboSpider - bedrading

Draai eers die motor en batterybehuizing vir die RoboSpider op. Die drade kan eenvoudig op die batteryklemme gedraai word, soos in die instruksies aangedui. Die drade kan egter ook sorgvuldig op hul plek gesoldeer word as u wil.

Stap 4: RoboSpider - Meganiese samestelling

'N Baie interessante ratkas word vir elke paar bene gevorm. Elke RoboSpider het vier sulke samestellings van twee bene elk om die beweging van agt afsonderlike spinnebene te koördineer. Let op hoe 'n armatuur voorsien word om die ratte in lyn te bring.

Die res van die RoboSpider kan saamgestel word soos aangedui in die instruksies. Watter tipe loopdinamika word deur hierdie RoboSpider vertoon?

Stap 5: Kom ons maak gereed om te soldeer

Soldeer is 'n proses waarin twee of meer metaalvoorwerpe (dikwels drade of leidings) saamgevoeg word deur 'n vulmetaal genaamd soldeer in die verbinding tussen die metaalitems te smelt. Verskeie soorte soldeergereedskap is geredelik beskikbaar. Die HackerBoxes Starter Workship bevat 'n goeie stel basiese gereedskap vir die soldeer van klein elektronika:

• Soldeerbout
• Wenke vir vervanging
• Soldeerboutstaander
• Soldeerbout Tip Cleaner
• Soldeer
• Desolderende Wick

As u nog nie soldeer nie, is daar baie goeie gidse en video's aanlyn oor soldeer. Hier is 'n voorbeeld. As u voel dat u ekstra hulp nodig het, probeer om 'n plaaslike makersgroep of hacker -ruimte in u omgewing te vind. Amateurradioklubs is ook altyd uitstekende bronne van elektroniese ervaring.

Dra 'n veiligheidsbril tydens soldeer

U sal ook 'n bietjie isopropylalkohol en deppers wil hê om die bruinerige vloei -oorskot op u soldeerverbindings agter te laat. As dit op sy plek gelaat word, sal hierdie oorblyfsel uiteindelik die metaal in die verbinding korrodeer.

Uiteindelik wil u die strokiesprent "Soldering is Easy" van Mitch Altman besoek.

Stap 6: Lyn na robot

The Line Following (oftewel Line Tracing) Robot kan 'n dik swart lyn volg wat op 'n wit oppervlak geteken is. Die lyn moet ongeveer 15 mm dik wees.

Stap 7: Lynvolgende robot - skematiese en komponente

Onderdele vir die lyn na die robot sowel as die skematiese stroombaan -diagram word hier getoon. Probeer om al die dele te identifiseer. Kyk na die onderstaande teorie van werking, of u die doel van elk van die dele kan uitvind en miskien selfs waarom die waardes daarvan so spesifiek is. Om te probeer om bestaande stroombane te "reverse reverse", is 'n goeie manier om te leer hoe u u eie kan ontwerp.

Teorie van werking:

Aan elke kant van die lyn word 'n LED (D4 en D5) gebruik om 'n ligvlek op die oppervlak hieronder te projekteer. Hierdie onderste LED's het duidelike lense om 'n gerigte ligstraal te vorm in teenstelling met 'n diffuse straal. Afhangende van die oppervlak onder die LED wat wit of swart is, reflekteer 'n ander hoeveelheid lig terug in die ooreenstemmende fotoresistor (D13 en D14). Die swart buis rondom die fotoresistor help om die weerkaatsing direk in die sensor te fokus. Die fotoresistor seine word in die LM393 -chip vergelyk om te bepaal of die robot reguit moet voortgaan of gedraai moet word. Let daarop dat die twee vergelykers in die LM393 dieselfde insetseine het, maar die seine is teenoorgesteld.

Die draai van die robot word bewerkstellig deur die GS -motor (M1 of M2) aan die buitekant van die draai aan te skakel terwyl die motor na die binnekant van die draai gelaat word in die af -toestand. Die motors word aan en afgeskakel met behulp van die aandrywingstransistors (Q1 en Q2). Die boonste rooi LED's (D1 en D2) wys vir ons watter motor op 'n gegewe tydstip aangeskakel word. Hierdie stuurmeganisme is 'n voorbeeld van geslote lusbeheer en bied vinnig aanpasbare leiding om die robot se baan op 'n baie eenvoudige, maar effektiewe manier op te dateer.

Stap 8: lyn na robot - weerstande

'N Weerstand is 'n passiewe, twee-terminale, elektriese komponent wat elektriese weerstand as 'n kringelement implementeer. In elektroniese stroombane word weerstande gebruik om stroomvloei te verminder, seinvlakke aan te pas, spannings te verdeel, aktiewe elemente vooroordeel en transmissielyne te beëindig, onder andere. Weerstands is algemene elemente van elektriese netwerke en elektroniese stroombane en kom oral in elektroniese toerusting voor.

Die lynvolgende robotstel bevat vier verskillende waardes van aksiale loodweerstands, deur-gat-weerstande met die kleurgekodeerde bande, soos getoon:

• 10 ohm: bruin, swart, swart, goud
• 51 ohm: groen, bruin, swart, goud
• 1K ohm: bruin, swart, swart, bruin
• 3.3K ohm: oranje, oranje, swart, bruin

Die weerstande moet vanaf die bokant van die printplaat (PCB) ingevoeg word, soos aangedui, en dan aan die onderkant gesoldeer word. Die korrekte waarde van die weerstand moet natuurlik ingevoeg word, maar dit is nie uitruilbaar nie. Weerstande is egter nie gepolariseer nie en kan in beide rigtings ingevoeg word.

Stap 9: Lyn na robot - oorblywende komponente

Ander kringelemente, soos hier getoon, kan net soos die weerstande aan die bokant van die printplaat ingevoeg word en hieronder gesoldeer word.

Let daarop dat die vier ligsensorkomponente eintlik aan die onderkant van die printplaat ingevoeg is. Die lang bout word tussen die ligsensorkomponente geplaas en styf vasgemaak met die oop moer. Dan kan die afgeronde moer as 'n gladde sweeftuig aan die einde van die bout geplaas word.

Anders as die weerstande, word verskeie ander komponente gepolariseer:

Die transistors het 'n plat kant en 'n halfsirkelvormige sy. As dit in die printplaat geplaas word, moet u seker wees dat dit ooreenstem met die wit sy-skermmerke op die PCB.

Die LED's het 'n lang lood en 'n korter lood. Die lang voorpunt moet ooreenstem met die + terminale soos aangedui op die syskerm.

Die blikkie-vormige elektrolitiese kondensators het 'n negatiewe terminale aanwyser (gewoonlik 'n wit streep) wat aan die een kant van die blikkie afloop. Die leiding aan die kant is die negatiewe voorsprong en die ander is die positiewe. Dit moet volgens die penwysers in die seeskerm in die PCB ingevoeg word.

Die 8-pen chip, sy aansluiting en die PCB-syskerm om dit in te plaas, het almal 'n halfsirkelvormige aanwyser aan die een kant. Hierdie moet vir al drie in lyn gebring word. Die sok moet in die PCB gesoldeer word en die chip moet nie in die sok ingesteek word voordat die soldeer voltooi en afgekoel is nie. Alhoewel die chip direk in die PCB gesoldeer kan word, moet u baie vinnig en versigtig wees. Ons beveel aan dat u 'n voetstuk gebruik waar moontlik.

Stap 10: lyn na robot - battery pack

Die dun boonste laag van die dubbelzijdige band kan afgeskil word om die battery te plak. Die leidings kan deur die PCB gevoer word en hieronder gesoldeer word. Die oortollige draad kan nuttig wees om die motors te soldeer.

Stap 11: Line Following Robot - Motors

Leidings vir die motors kan aan die pads aan die onderkant van die PCB gesoldeer word, soos getoon. Sodra die leidings gesoldeer is, kan die dun boonste laag van die dubbelzijdige band verwyder word om die motors aan die printplaat vas te sit.

Stap 12: Line Following Robot - Watch It Go

Die lyn wat die robot volg, is 'n plesier om na te kyk. Giet 'n paar AA -batteryselle in en laat dit skeur.

Indien nodig, kan die trimmerpotentiometers ingestel word om die randopsporing van die robot te verfyn.

As daar ander 'gedrag' -probleme met die robot is, is dit ook handig om die belyning van die vier sensor -komponente aan die onderkant en veral die swart buis rondom die fotoresistors na te gaan.

Uiteindelik moet u vars batterye gebruik. Ons het onreëlmatige prestasie opgemerk sodra die battery leeg is.

Stap 13: Robotarm van MeArm

Die MeArm -robotarm is ontwikkel om die wêreld se toeganklikste leermiddel en die kleinste, koelste robotarm te wees. Die MeArm is 'n plat robotarmstel wat bestaan uit lasergesnyde akrielplate en mikroservo's. U kan dit bou met niks meer as 'n skroewedraaier en entoesiasme nie. Dit is deur die Lifehacker -webwerf beskryf as die 'Perfect Arduino Project for Beginners'. Die MeArm is 'n wonderlike ontwerp en baie pret, maar kan beslis 'n bietjie lastig wees om te monteer. Neem jou tyd en wees geduldig. Probeer om nooit die servomotors te dwing nie. As u dit doen, kan u die klein plastiekratte in die servo beskadig.

Die MeArm in hierdie werkswinkel word beheer vanaf 'n slimfoon- of tablet-app met 'n NodeMCU Wi-Fi-module wat aangepas is by die Arduino-ontwikkelingsplatform. Hierdie nuwe beheermeganisme is baie anders as die oorspronklike 'brein' -bord wat in die MeArm -dokumentasie bespreek word, dus volg die instruksies vir die beheerder wat hier aangebied word, en nie die in die oorspronklike dokumentasie van MeArm nie. Die meganiese besonderhede oor die montering van die MeArm -akrielkomponente en die servomotore bly dieselfde.

Stap 14: Wi -Fi -beheerder vir robotarms - Berei Arduino voor vir die NodeMCU

NodeMCU is 'n open source platform gebaseer op die ESP8266 -chip. Hierdie chip bevat 'n 32-bis RISC-verwerker met 80 MHz, Wi-Fi (IEEE 802.11 b/g/n), RAM-geheue, Flash-geheue en 16 I/O-penne.

Ons hardeware vir die beheerder is gebaseer op die ESP-12-module wat hier getoon word, met 'n ESP8266-skyfie saam met die ingeslote Wi-Fi-netwerkondersteuning.

Arduino is 'n open source elektroniese platform wat gebaseer is op hardeware en sagteware wat maklik is om te gebruik. Dit is bedoel vir almal wat interaktiewe projekte maak. Alhoewel die Arduino -platform gewoonlik die Atmel AVR -mikrobeheerder gebruik, kan dit 'n adapter wees om saam met ander mikrobeheerders te werk, insluitend ons ESP8266.

Om te begin, moet u seker maak dat die Arduino IDE op u rekenaar geïnstalleer is. As u nie die IDE geïnstalleer het nie, kan u dit gratis aflaai (www.arduino.cc).

U benodig ook bestuurders vir u rekenaar se bedryfstelsel (OS) om toegang te verkry tot die toepaslike Serial-USB-skyfie op die NodeMCU-module wat u gebruik. Tans bevat die meeste NodeMCU-modules die CH340 Serial-USB-chip. Die vervaardiger van die CH340 -skyfies (WCH.cn) het bestuurders beskikbaar vir alle gewilde bedryfstelsels. Dit is die beste om die Google -vertaalde bladsy vir hul webwerf te gebruik.

Sodra ons die Arduino IDE geïnstalleer en die bedryfstelselbestuurders vir die USB -koppelvlak -chip geïnstalleer het, moet ons die Ardino IDE uitbrei om saam met die ESP8266 -chip te gebruik. Begin die IDE, gaan na voorkeure en vind die veld vir die invoer van "Addisionele raadbestuurder -URL's"

Om die raadbestuurder vir ESP8266 te installeer, plak hierdie URL in:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Na die installering, sluit die IDE en begin dit dan weer.

Koppel nou die NodeMCU -module aan op u rekenaar met die microUSB -kabel.

Kies die bordtipe binne die Arduino IDE as NodeMCU 1.0

Hier is 'n instruksie wat die opstelproses vir Arduino NodeMCU bespreek deur gebruik te maak van verskillende toepassingsvoorbeelde. Dit is 'n bietjie afwykend van die doel hier, maar dit kan nuttig wees om na 'n ander oogpunt te kyk as u vasval.

Stap 15: Robotarm -Wi -Fi -beheerder - hack u eerste NodeMCU -program

Elke keer as ons 'n nuwe hardeware verbind of 'n nuwe sagteware -instrument installeer, wil ons seker maak dat dit werk deur iets baie eenvoudig te probeer. Programmeerders noem dit dikwels die 'hallo wêreld' -program. Vir ingeboude hardeware (wat ons hier doen) knipper die 'hallo wêreld' gewoonlik met 'n LED (liguitstralende diode).

Gelukkig het die NodeMCU 'n ingeboude LED wat ons kan knip. Die Arduino IDE het ook 'n voorbeeldprogram vir die knipper van LED's.

Maak binne die Arduino IDE die voorbeeld met die naam blink oop. As u hierdie kode noukeurig ondersoek, kan u sien dat dit afwisselend draaipen 13 hoog en laag wissel. Op die oorspronklike Arduino -borde is die gebruikers -LED op pen 13. Die NodeMCU LED is egter op pen 16. Ons kan dus die blink.ino -program wysig om elke verwysing na pen 13 na pen 16. Dan kan ons die program saamstel en laai dit op na die NodeMCU -module. Dit kan 'n paar pogings neem en dit kan nodig wees om die USB -bestuurder te verifieer en die instelling van die bord en poort in die IDE te kontroleer. Neem jou tyd en wees geduldig.

Sodra die program behoorlik opgelaai is, sal die IDE sê "oplaai voltooi" en die LED sal begin knipper. Kyk wat gebeur as u die lengte van die vertragingsfunksie () in die program verander en dit dan weer oplaai. Is dit wat jy verwag het. As dit die geval is, het u u eerste ingebedde kode gekap. Baie geluk!

Stap 16: Robotarm -Wi -Fi -beheerder - Voorbeeld sagtewarekode

Blynk (www.blynk.cc) is 'n platform met iOS- en Android -programme om Arduino, Raspberry Pi en ander hardeware via die internet te beheer. Dit is 'n digitale dashboard waar u 'n grafiese koppelvlak vir u projek kan bou deur eenvoudig widgets te sleep en te laat val. Dit is regtig eenvoudig om alles op te stel, en u sal dadelik begin peuter. Blynk sal u aanlyn en gereed maak vir die internet van u dinge.

Kyk na die Blynk -webwerf en volg die instruksies vir die opstel van die Arduino Blynk -biblioteek.

Gryp die ArmBlynkMCU.ino Arduino -program hierby aangeheg. U sal sien dat dit drie snare het wat geïnitialiseer moet word. U kan dit vir eers ignoreer en net seker maak dat u die kode kan opstel en oplaai na die NodeMCU. U sal hierdie program op die NodeMCU moet laai vir die volgende stap van die kalibrering van die servomotors.

Stap 17: Wi -Fi -beheerder vir robotarms - Kalibrering van servomotors

Die ESP-12E motorskermbord ondersteun die direkte aansluiting van die NodeMCU-module. Stel die NodeMCU-module versigtig in die motorskermbord. Koppel ook die vier servo's aan die skild soos aangedui. Let daarop dat die verbindings gepolariseer is en moet georiënteer word soos aangedui.

Die NodeMCU -kode wat in die laaste stap gelaai is, initialiseer die servo's na hul kalibrasieposisie, soos hier getoon en bespreek in die MeArm -dokumentasie. Deur die servo -arms in die korrekte oriëntasie aan te bring terwyl die servo's in hul kalibrasieposisie is, word verseker dat die regte beginpunt, eindpunt en bewegingsreeks vir elk van die vier servo's ingestel is.

Oor die gebruik van batterykrag met die NodeMCU- en MeArm -servomotore:

Die batterykabels moet aan die battery -ingangskroefaansluitings gekoppel word. Daar is 'n plastiese aan / uit -knoppie op die motorskerm om die toevoer van die battery te aktiveer. Die klein plastiek springblok word gebruik om die krag na die NodeMCU vanaf die motorskerm te stuur. Sonder dat die jumper -blok geïnstalleer is, kan die NodeMCU self van die USB -kabel voorsien. Met die springblok geïnstalleer (soos getoon), word die batterykrag na die NodeMCU -module oorgedra.

Stap 18: Gebruikerskoppelvlak vir robotarms - integreer met Blynk

Ons kan nou die Blynk -app instel om die servomotors te beheer.

Installeer die Blyk -app op u iOS- of Android -mobiele toestel (slimfoon of tabletrekenaar). Sodra dit geïnstalleer is, stel u 'n nuwe Blynk -projek op met vier skuifbalkies, soos aangedui vir die bestuur van die vier servomotors. Let op die Blynk -magtigingstoken wat vir u nuwe Blynk -projek gegenereer is. U kan dit vir u per e -pos stuur om dit maklik te plak.

Wysig die ArmBlynkMCU.ino Arduino -program om die drie snare in te vul:

• Wi-Fi SSID (vir u Wi-Fi-toegangspunt)
• Wi-Fi-wagwoord (vir u Wi-Fi-toegangspunt)
• Blynk Authorization Token (uit u Blynk -projek)

Stel nou die opgedateerde kode wat die drie snare bevat, op en laai dit op.

Verifieer dat u die vier servomotors oor Wi-Fi kan skuif met behulp van die glyers op u mobiele toestel.

Stap 19: Robotarm - Meganiese samestelling

Ons kan nou voortgaan met die meganiese samestelling van die MeArm. Soos voorheen opgemerk, kan dit 'n bietjie lastig wees. Neem jou tyd en wees geduldig. Probeer om nie die servomotors te dwing nie.

Onthou dat hierdie MeArm beheer word deur die NodeMCU Wi-Fi-module wat heelwat anders is as die oorspronklike "brein" bord wat in die MeArm dokumentasie bespreek word. Volg die instruksies vir die beheerder wat hier aangebied word, en nie die in die oorspronklike dokumentasie van MeArm nie.

Die volledige meganiese monteerbesonderhede kan op hierdie webwerf gevind word. Hulle word gemerk as die Build Guide for MeArm v1.0.

Stap 20: Aanlyn hulpbronne vir die bestudering van robotika

Daar is 'n groeiende aantal aanlyn robotika -kursusse, boeke en ander hulpbronne …

• Stanford -kursus: inleiding tot robotika
• Columbia -kursus: robotika
• MIT Kursus: Ondergedrewe robotika
• Robotika WikiBook
• Robotika CourseWare
• Leer rekenaars met robotte leer
• Robotika gedemystifiseer
• Robotmeganismes
• Wiskundige robotiese manipulasie
• Opvoedkundige robotte met Lego NXT
• LEGO Education
• Toonaangewende robotika
• Ingeboude robotika
• Outonome mobiele robotte
• Klim- en looprobotte
• Klim- en looprobotte Nuwe toepassings
• Humanoïde robotte
• Robotwapens
• Robotmanipuleerders
• Vooruitgang in robotmanipuleerders
• AI Robotics

Deur hierdie en ander hulpbronne te ondersoek, word u kennis van die wêreld van robotika voortdurend uitgebrei.

Stap 21: Robotics Acheivement Patch

Baie geluk! As u alles in hierdie robotiese projekte gedoen het en u kennis uitgebrei het, moet u die meegeleverde prestasie -pleister met trots dra. Laat die wêreld weet dat u 'n meester is in servo's en sensors.

Stap 22: Hack the Planet

Ons hoop dat u die HackerBoxes Robotics -werkswinkel geniet. Hierdie en ander werkswinkels kan gekoop word in die aanlynwinkel op HackerBoxes.com, waar u ook kan inteken op die maandelikse HackerBoxes -inskrywingskassie en elke maand wonderlike projekte in u posbus kan aflewer.

Deel u sukses in die kommentaar hieronder en/of op die HackerBoxes Facebook -groep. Laat weet ons beslis as u vrae het of hulp nodig het met iets. Dankie dat u deel was van die HackerBoxes -avontuur. Kom ons maak iets groots!