Stap-vir-stap onderwys in robotika met 'n stel: 6 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Na 'n hele paar maande van die bou van my eie robot (verwys na al hierdie), en nadat ek twee keer misluk het, het ek besluit om 'n stap terug te neem en my strategie en rigting te heroorweeg.

Die ervaring van die paar maande was soms baie lonend, en baie keer baie frustrerend, baie moeilik, baie teleurstellend. Baie keer het dit gelyk asof dit twee treë vorentoe was, een tree terug.

En ek dink dit is te danke aan 'n kombinasie van verskeie dinge.

My doel was om 'n 'regte' robot te bou - nie 'n speelding nie. 'N Groot, kragtige robot, met robuuste onderdele en baie beskikbare battery -energie, wat (die hele dag kan loop) en ook outonoom kan wees. Dat dit my hele woonstel veilig kan navigeer sonder om (self of iemand / iets) skade te berokken.

Terwyl ek baie stadig vordering gemaak het, was die hoeveelheid navorsing, probeer-en-fout, probeer, probeer dit baie tydrowend en het baie geestelike / emosionele energie gekos.

Nadat dieselfde dele twee keer misluk het, sou dit waansin wees om dit net weer te vervang en aan te hou.

Met 'n swaar hart het ek gekies om die huidige "Wallace" -projek weer op die rak te laat gaan, veral omdat ek so naby daaraan was om 'n IMU in die robotsagteware van die robot in te sluit.

So, wat om nou te doen

Dit het so gebeur dat ek gedurende die laaste week van my 'doen-dit-self'-robotprojek 'n aanlyn sagtewarekursus gevolg het. Die kursus is irrelevant - wat 'n indruk op my gemaak het, was net hoe goed dit was. Die instrukteur het die kyker prakties stap-vir-stap by die hand gelei, en u kan volg, die video onderbreek, die programmeringsprobleem doen (slegs 'n klein stukkie op 'n slag) en dan kyk hoe die oplossing van die onderwyser by die dosent pas.

En - nog beter - die hele reeks draai om 'n werklike sagtewareprojek, wat eintlik baie nuttig is vir die werklike behoeftes van die webwerf.

Dit was so lonend, so NIE stresvol om nie te hoef te wonder "wat moet ek volgende leer nie? Hoe sou ek te werk gaan om 'X' te doen / te leer"?

Dus, tussen wat aan die gang was by die werk, en die dele wat by die huis misluk, en ek was so uitgeput oor die hoeveelheid moeite, dat ek iets soortgelyk aan die aanlynkursus wat ek vir die werk wou volg, wou hê - maar dat ek dit moes leer vir robotika.

Wat ek NIE wou hê nie, is om die afgelope paar maande te herhaal. Ek wou nog nie 'n ander robotstel koop nie, en dan nog 'n bietjie rondkruip om dit te laat doen wat ek wil. En ek wou ook nie 'n volledig geboude oplossing hê nie, wat sou ek dan leer? Ek het al die "assemble-your-first-robot" gedoen.

Stap 1: Robotika is …

Die probleem met die aanleer van robotika is dat daar net soveel betrokke is. Dit is die kruising van ten minste (indien nie meer nie):

• meganiese ingenieurswese
• elektriese / elektroniese ingenieurswese
• sagteware-ingenieurswese

Elk van die bogenoemde kan verder uitgebrei word (wat ek nie hier sal doen nie). Die punt is: daar is BAIE om te leer.

Ek het besluit om 'n tweeledige benadering te volg, en dus die 'instruksionele', wat u as leser moet oorweeg. Ek het besluit om gelyktydig in twee verskillende, maar aanvullende rigtings aan te pak of te begin.

• Hersien / verbeter aan / leer / brei DC- en wisselstroombaan -analise uit
• Soek 'n kursus / program wat 'n kombinasie is van teorie / lesing en prakties, en draai om 'n robotstel.

Stap 2: GS- en WS -elektriese ingenieurswese

Die rede waarom ek tyd wil spandeer om hierdie gebied te leer en te hersien, is omdat die robotonderdele heel waarskynlik misluk het omdat ek nie in sekere gebiede behoorlike stroombeskerming verskaf het nie. As u die robotverwante instruksies hersien, dink ek steeds dat dit baie goed en nuttig is, selfs nou. Dit was slegs 'n sekere deel van die dele wat misluk het, en eers na 'n lang tyd.

Om spesifiek te wees, bevat die robot 'n topvlak waarop ek 'ondersteunende stroombane' noem. Dit is die GPIO-poortuitbreiding en sensorverwante stroombane, uitbreekborde, skyfies, kragverspreiding en bekabeling wat nodig is om alle soorte sensors te monitor en te beheer, sodat die robot veilig en outonoom kan wees.

Dit was slegs 'n paar van die dele wat misluk het - maar hulle het misluk.

Ek het wel aan 'n ingenieursforum geskryf en ek het antwoorde gekry. Dit was die hoeveelheid detail en die vlak van die antwoorde wat my regtig getref het, dat ek net nie voorbereid is op die robotvlak wat ek in gedagte het nie.

Daar is 'n wêreldwye verskil tussen 'n klein robotstel met twee goedkoop motors, miskien 'n 2/3 Amp motorbestuurder, miskien 'n paar sensors, wat u in een hand kan dra - en een wat meer as 20 pond weeg. baie kragtige 20A -motors, en meer as 15 sensors, wat werklik skade kan aanrig as iets verkeerd loop.

Dit was dus tyd dat ons weer na DC- en AC -elektronika kyk. En ek het hierdie webwerf gevind:

Wiskundige Tutor DVD. Ek het gevind dat die titel 'n bietjie kranksinnig en verouderd was. Ek het jare lank nie eens 'n CD of DVD gesien nie. Reg?

Maar ek het wel daarna gekyk. En uiteindelik het ek ingeteken en nou kan ek die hele dag video's stroom as ek wil. Alles vir $ 20 dollar per maand. Tot dusver het ek Deel 1 behandel.

Dink daaraan om in 'n klas te wees met 'n professor aan die voorkant, met 'n witbord, om vakke bekend te stel, daaroor uit te werk, en dan is dit oefen, oefen, oefen. En dit is wat hierdie webwerf is.

Uiteindelik moes ons matriksalgebra tref omdat die stroombane te veel gelyktydige vergelykings met dieselfde aantal onbekendes gehad het. Maar dit is ok. Hy gaan oor die algebra net genoeg om deur die probleme te kom. As die student meer wil hê, is daar ook aparte wiskundefisika -kursusse. Dit was tot dusver 'n baie goeie program.

My hoop is dat ek teen die tyd wat ek deur hierdie kursusse gaan, die antwoorde op my probleme kan vind, omdat my onderdele misluk en gereed sal wees vir toekomstige robotika op die gebied van elektronika.

Stap 3: Robotika -opleiding en -projek

Maar hier is die beste deel. Die vorige stap kan 'n bietjie droog en nie lonend wees nie. (Alhoewel u, as u eers 'n sekere punt verby is, u eie onderdele kan kies, u eie stroombaan kan ontwerp en kan bou wat u wil. Sê dat u 'n radiosender en 'n ontvanger wou bou (net vir die plesier). Sê dat u dit met u eie keuse van frekwensie en protokol wou hê. U sou weet hoe u u eie stroombane kan ontwerp.)

Daar is terselfdertyd iets anders om te doen: 'n robotika -kursus. 'N Regte robotika -kursus.

(As u net wil hê dat die mikrobeheerderbord u eie ding moet doen (ek stel 'n reeks instruksies saam wat nuttig kan wees), is die MSP432-ontwikkelingsbord self relatief goedkoop teen ongeveer $ 27 dollar. U kan by Amazon, Digikey, gaan kyk. Newark, Element14 of Mouser.)

Dit gebeur so dat Texas Instruments onlangs so 'n omvattende kursus gelewer het. Die TI Robotics Systems Learning Kit. Moenie toelaat dat die "kit" deel u mislei nie. Dit is meer as net 'n 'bou 'n ander klein robotstel'. Kyk asseblief ernstig na die skakel.

Dit kos my $ 200 dollar vir 'n volledige kit. U kan ook die aangehegte video sien wat ek vir hierdie stap geplaas het.

Kyk na al hierdie leermodules:

• Aan die gang kom
• Module 1 - Uitvoeringskode op die LaunchPad met behulp van CCS (my waarnemings van Lab 1)
• Module 2 - Spanning, stroom en drywing (seinopwekker en kapasitansie -instruksies uit Lab 2 uitgewerk)
• Module 3 - ARM Cortex M (hier is Lab 3 notas Instrueerbaar - vergelyking van samestelling met "C")
• Module 4 - Sagteware -ontwerp met behulp van MSP432 (video van Lab 4 -notas, video #2 van Lab 4)
• Module 5 - Battery- en spanningsregulering
• Module 6 - GPIO (kyk na 'n Lab 6 Instructable Deel 1, Deel 2 en Deel 3, maar met die fokus op monteerprogrammering)
• Module 7 - Finite State Machines (Lab 7 Deel 1 Vergadering)
• Module 8 - Interfacing Input and Output
• Module 9 - SysTick Timer
• Module 10 - Ontfouting van intydse stelsels
• Module 11 - Liquid Crystal Display
• Module 12 - GS -motors
• Module 13 - Timers
• Module 14 - Intydse stelsels
• Module 15 - Dataverkrygingstelsels
• Module 16 - Toerenteller
• Module 17 - Beheerstelsels
• Module 18 - Reekskommunikasie
• Module 19 - Bluetooth Lae Energie
• Module 20 - Wi -Fi
• Kompeteer uitdagings

Hierdie video van TI kan baie beter sê as wat ek wou uitdruk.

Stap 4: Gebruik die robotika -kurrikulum as 'n beginpunt

Alhoewel dit nie maklik is nie, of nie soos voorgeskryf nie, kan u die lesings, laboratoriums, aktiwiteite, ens., Wat die leergang bied, uitbrei.

Ek het byvoorbeeld 'n paar ander instruksies in hierdie een gekoppel (sien die vorige stap met al die leermodules) waar ek probeer uitbrei het deur meer met die elektronika (kapasitors) te doen, of om die kode in samestelling te skryf benewens die skryf daarvan in C.

Hoe meer u vertroud is met monteerprogrammering, hoe beter kan u op 'n hoër vlak programmeerder wees; die beter keuses wat u in projekte sal maak.

Stap 5: Arduino vs MSP432 (aan die gang)

Ek het dit toe nie regtig met sekerheid geweet nie, maar ek het die indruk gehad … hier is 'n uittreksel uit 'n artikel wat dit beter kan uitdruk as ek:

Verskille tussen Arduino en MSP432401R: Nou sal ons sien waarom ons MSP432 gekies het in teenstelling met die baie gewilde Arduino. As gevolg van al die beskikbare API's is Arduino redelik eenvoudig om te programmeer en te prototipe, maar as dit kom by die beter beheer van hardeware, het MSP432 die voordeel: met behulp van CCS kry ons nie net toegang tot die adresruimte van MSP432 nie, maar ook ons kan 'n waarde van verskillende registers verander wat die verskillende instellings op die regte manier sal beïnvloed. Arduino is soos 'n gekookte tert, terwyl MSP432 soos 'n rou lemoen is wat ons self moet kook. Hopelik verduidelik dit die verskillende toepassings van beide. Vir die beginfases kan Arduino gebruik word, maar as prestasie kritiek word, werk TI MSP432 baie beter as gevolg van die beheer oor hardeware.

Die uittreksel is hiervandaan geneem.

Stap 6: Raspberry Pi 3 B vs MSP432 (aan die gang)

Die vergelyking is nie regtig billik nie, aangesien die Pi regtig 'n mikro -rekenaar is en die MSP 'n mikro -kontroleerder is.

Met die T. I. Robotics Kit -kursus, dit word gebruik as die brein vir 'n robot.

Uiteraard het die Pi baie meer geheue.

Die Pi, met Raspbian-voorraad, is nie 'n intydse bedryfstelsel nie. Hierdie nadeel kan ter sprake kom as u belangstel om presiese metings (tydsberekening) van 'n sensor te kry.

Die MSP op die ontwikkelingsbord bevat twee algemene LED's (ten minste een, miskien albei, is RGB), en die bord bevat ook twee kortstondige drukknopskakelaars vir algemene doeleindes.