Баланстоочу робот / 3 дөңгөлөк робот / STEM робот: 8 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:41

Биз мектептерде жана мектептен кийинки билим берүү программаларында билим берүү үчүн аралаш балансташтыруу жана 3 дөңгөлөктүү робот курдук. Робот Arduino Uno, колдонуучу калкан (курулуштун бардык деталдары берилген), Li Ion батарея пакети (курулуштун бардык деталдары берилген) же 6xAA батареялар пакети, MPU 6050, BLE bluetooth модулу, УЗИ модулуна негизделген (милдеттүү эмес)) жана колун жылдыруу үчүн servo. Ошондой эле класстык бөлмөлөрдө колдонууга даяр болгон кеңири билим берүүчү материалдар бар.

Тиркелген документ - бул роботту жасоо боюнча балдарга берилген көрсөтмөлөр, алар ар бир баскычта билим берүүчү окутууну камсыз кылат. Бул мектептерге жана мектептен кийинки программаларга берилген документ.

Толук баланинг / 3 дөңгөлөктүү роботтун эскизи жүктөлгөнгө чейин жасала турган 7 көнүгүү бар. Ар бир көнүгүү роботтун белгилүү бир жагына багытталган, мис. актерометр/гироскоп сенсору, Bluetooth, ультрадыбыштуу сенсор, серво ж. көнүгүү үчүн эскиз жүктөлүп жана жасалышы мүмкүн. Бул билим берүүчү роботту куруунун көңүлүн бурууга жардам берет.

Бул Arduino Uno колдонууну чечти, анткени бул өтө кеңири таралган жана көптөгөн билим берүүчү жайларда колдонулат. Биз ошондой эле, калкандан башка, жеткиликтүү стандарттык модулдарды колдондук. Шасси 3D басып чыгарылган жана дизайны TinkerCADда жеткиликтүү.

Биз ошондой эле бул робот балдардын өзүлөрүнүн чыгармаларын куруу жөнүндө ойлонууга шыктандырып, ишенимин арттырууга жардам берерин жана муну кылуу кыйын эместигин аныктадык.

Бардык эскиздер жакшы комментарийленген жана алдыңкы студенттер өз эскиздерин өзгөртүп же жаза алышат. Робот Arduino жана электроника жөнүндө билүү үчүн жалпы аянтча түзө алат.

Робот ошондой эле "LOFI блоктор" колдонмосу менен иштейт (https://lofiblocks.com/en/), андыктан балдар ал жерге SCRATCH сыяктуу графикалык чөйрөдө өз кодун жаза алышат.

Көңүл буруңуз, жогорудагы видео 1 моделин көрсөтөт, робот азыр RemoteXY bluetooth колдонмосун колдонот (ал Andriod жана Apple түзмөктөрүндө жеткиликтүү), MPU 6050 азыр робот калканчында жайгашкан (анын ылдый жагындагы сыдырмада эмес) робот - эгер кааласаңыз, дагы эле ошол жерден таба аласыз) жана калканга туташтырыла турган кошумча УЗИ сенсоруна ээ.

Ыраазычылыктар:

(1) кадамдын бурчу жана PID көзөмөлү Brokking программасына негизделген: https://www.brokking.net/ September_main.html

(2) RemoteXY колдонмосу:

(3) LOFI Blocks жана LOFI Robot колдонмосу:

(4) jjrobots негизинде курал:

(5) бардык эскиздер Arduino Createде сакталат:

(6) 3D дизайндары TinkerCADда сакталат:

Жоопкерчиликтен баш тартуу: Бул материал бул материалдын тууралыгы же башка кепилдиги жок, ошол бойдон берилет. Бул документте аталган үчүнчү тараптын iPhone жана Android колдонмолорун колдонуу колдонуучулардын тобокелчилигинде. Робот литий -ион батарейкасын колдоно алат, батарейканы жана кубаттуулукту колдонуу колдонуучулардын жеке тобокелчилигинде. Авторлор бул материалды колдонуп же роботту куруудан же колдонуудан кандайдыр бир адам же уюм тарткан жоготуулар үчүн эч кандай жоопкерчилик тартпайт.

1 -кадам: Бөлүктөрдүн тизмеси

Роботту башынан баштап жасоо үчүн көптөгөн кадамдар бар жана ага бир топ убакыт жана камкордук талап кылынат. Сизге 3D принтер керек болот, жана ширетүүдө жана электроникалык схемаларды курууда жакшы болот.

Роботту жасоо үчүн керектүү бөлүктөр:

(1) 3D кассаны жана дөңгөлөктүн дөңгөлөгүн узартуу

(2) Arduino Uno

(3) Робот калканчын жасаңыз

(4) MPU 6050, AT9 BLE Bluetooth модулу, кошумча УЗИ модулу (калканга баары сайылат)

(5) SG90 servo

(6) TT моторлору жана дөңгөлөктөрү

(7) Кубат топтомун түзүңүз (же 6xAA батарея пакети же Li Ion батарейкасы)

Тиркелген файл кийинки кадамдарда камтылган Li Ion электр пакети жана робот калканынан башка бардык тетиктерди кантип алуу жана курууну түшүндүрөт.

2 -кадам: Robot Shield

Робот калканынын PCB дизайны Fritzingде жасалат, эгерде сиз дизайнды өзгөрткүңүз келсе, Fritzing файлы тиркелет.

Ошондой эле калкан ПКБ үчүн gerber файлдары тиркелет, сиз бул файлдарды калкан өндүрүү үчүн ПКБ өндүрүүчүсүнө жөнөтө аласыз.

Мисалы, төмөнкү өндүрүүчүлөр болжол менен $ 5 + почта үчүн 10 х ПХБ такталарын жасай алышат:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

Ошондой эле калкан үчүн жасалма документ тиркелет.

3 -кадам: Power Pack

Сиз робот үчүн 6xAA-аккумулятордук пакетин же Li Ion батарейкасын кура аласыз. Экөөнүн көрсөтмөлөрү тиркелет.

AA-батарейка пакетин куруу алда канча оңой. Бирок батарейкалар алмаштырууга муктаж болгонго чейин болжол менен 20/30 мүнөткө созулат. Сервону AA-батарейка менен колдонууга болбойт, андыктан кыймылдуу кол жок.

Li Ion батарейкасын кайра толтурууга болот жана кайра заряддоонун ортосунда болжол менен 60 плюс мүнөткө созулат (колдонулган батареянын кубаттуулугуна жараша). Бирок, Li Ion батарейкасын куруу кыйыныраак жана Li Ion батарейкасын колдонот, Li Ion батареяларына этияттык менен мамиле кылуу керек.

Li Ion батарейкасына батарейканы ашык жана заряддан коргоп, 4 Ампер менен максималдуу токту коргогон коргоо схемасы камтылган. Ал ошондой эле Li Ion заряддоо модулун колдонот.

Сиз болжол менен 7.2 вольт чыгуучу Li Ion батарейка пакетин колдонсоңуз болот, бирок сизге тиешелүү робот калкан сайгычы бар кабелди түзүү керек.

Эгер жакшы альтернативалуу кубатыңыз болсо, мага кабарлаңыз. Бул Li Ion пакетин түзгөнүмдүн себеби, ал бир эле Li Ion клеткасын колдонот, бул салыштырмалуу кичинекей жана каалаган USB USB кубаттагычынан же компьютерди кошо каалаган USB портунан заряддалышы мүмкүн. Li Ion электр топтомдору 7.2 вольттун тегерегинде 2 клетканы колдонушат жана атайын заряддагычты талап кылат, бул бааны жогорулатат жана заряддоого ыңгайлуу эмес.

Эгерде сиз Li Ion батарея топтомун курууну чечсеңиз (же Li Ion батарея пакетин колдонсоңуз), сиз мындай батарейкалардагы коопсуздук маселелерин билишиңиз керек, мис.

4 -кадам: Роботтук көнүгүүлөр жана эскиздер

Бардык бөлүктөрдү алгандан кийин, роботту түзгөндө, эгер кааласаңыз, жолдо программалоо көнүгүүлөрүн жасай аласыз. Бул көнүгүүлөр түшүндүрмөлөр менен бирге Arduino Createде жеткиликтүү - төмөнкү шилтемелер сизди Arduino Create көнүгүүлөрүнө алып барат - андан кийин машыгууңузду Arduino Create кирүүңүздө ачып сактай аласыз.

Эскиздерди роботко жүктөө үчүн, телефонуңуз роботко Bluetooth аркылуу туташпаганын текшериңиз - Bluetooth байланышы жүктөөнүн алдын алат. Негизи кереги жок болсо да, Bluetooth модулунун пини 123456.

3, 5 жана 7 -көнүгүүлөрдө "LOFI робот" акылдуу телефон колдонмосу колдонулат (же "BLE джойстик" колдонмосу - бул колдонмо дайыма Apple түзмөктөрү менен иштебейт).

Exercies 8 (роботтун толук эскизи) роботту башкаруу үчүн "RemoteXY" акылдуу телефон колдонмосун колдонот.

LOFI Blocks эскизинде "LOFI Blocks" колдонмосу колдонулат. (Бул колдонмо Apple түзмөктөрүндө эң жакшы иштээрине көңүл буруңуз).

Көнүгүүнү Arduino Createке жүктөгөндө, arduino эскизинен тышкары, көнүгүү жөнүндө маалымат берген дагы бир катар өтмөктөр бар.

Exercise 1: Arduino Basics - роботту башкаруу калканчындагы кызыл жана жашыл диоддорду өчүрүңүз. Бул көнүгүүнү курулуштун (3) кадамынан кийин жасай аласыз.

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

Exercise 2: Gyro Sensor - грёолор жана акселерометрлер менен таанышуу. Бул көнүгүүнү курулуштун 4 -кадамынан кийин жасай аласыз. Сиз "Сериялык Мониторду" колдонушуңуз керек, берүүнүн ылдамдыгы 115200.

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

Exercise 3: Bluetooth Link - Bluetooth шилтемесин орнотуңуз, роботту башкаруу калканчындагы LEDди күйгүзүү жана өчүрүү үчүн акылдуу телефон колдонмосун колдонуңуз. Бул көнүгүүнү курулуштун (5) кадамынан кийин жасай аласыз.

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

Exercise 4: УЗИ аралык сенсор (милдеттүү эмес) - УЗИ сенсор менен таанышуу. Бул көнүгүүнү курулуштун (5) кадамынан кийин жасай аласыз. Сиз "Сериялык Мониторду" колдонушуңуз керек, берүүнүн ылдамдыгы 115200.

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

Exercise 5: Servo-механизми-servo механизми менен таанышуу жана колун жылдыруу, servo колунун бурчун көзөмөлдөө үчүн акылдуу телефон колдонмосун колдонуу. Бул көнүгүүнү курулуштун (8) кадамынан кийин жасай аласыз. Сиз "Сериялык Мониторду" колдонушуңуз керек, берүүнүн ылдамдыгы 115200.

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

Exercise 6: Drive моторлору - моторлор менен таанышуу, моторлорду алдыга жана артка иштетүү. Батарея топтомун күйгүзүү үчүн керек. Сиз "Сериялык Мониторду" колдонушуңуз керек, анын ылдамдыгы 115200.

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

Exercise 7: Негизги унаа - жөнөкөй үч дөңгөлөктүү унаа куруңуз (робот 3 -дөңгөлөк менен), биз машинаны башкаруу үчүн акылдуу телефон колдонмосун колдонобуз. Ошондой эле колуңузду ээрчүү үчүн УЗИ сенсорун колдонот. Сиз муну жогоруда көрсөтүлгөн курулуштун ошол эле жеринде жасай аласыз. Батарейканы күйгүзүп, 3 -дөңгөлөктүн тиркемесин салыш керек.

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

Exercise 8: Толук баланстоочу робот - толук тең салмактын коду / үч дөңгөлөктүү робот. Роботту башкаруу үчүн "RemoteXY" акылдуу телефон колдонмосун колдонуңуз.

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

LOFI Blocks Sketch - "LOFI Blocks" колдонмосун колдонуу үчүн бул эскизди роботко жүктөө. Сиз андан кийин SCRATCHге окшош программалоо блокторун колдонгон "LOFI Blocks" колдонмосу аркылуу роботту программалай аласыз.

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

Exercise 9: Line Tracing роботу. Бул эки линия издеп сенсорлорду кошууга болот, жана роботко линия издеп сенсорлорду туташтыруу үчүн УЗИ штепселин колдонуу. Эскертүү, сенсорлор D2 жана D8 санарип казыктарына туташкан.

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

Exercise 10: Bluetooth Control. Bluetooth жана телефон колдонмосун колдонуу (RemoteXY) роботтун светодиоддорун жана servo-механизмин башкаруу үчүн. Бул көнүгүүдө студенттер Bluetooth жөнүндө, реалдуу дүйнөдөгү нерселерди көзөмөлдөө үчүн телефон колдонмосун кантип колдонуу керектигин жана LED жана серво-механизмдер жөнүндө билишет.

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

5 -кадам: Робот математикасын жана программанын структурасын теңдөө

Тиркелген файл роботтун тең салмактоочу бөлүгүнүн математикасына жана программалык түзүлүшүнө жалпы түшүнүк берет.

Баланстоочу роботтун артындагы математика сиз ойлогондон да жөнөкөй жана кызыктуу.

Алдыңкы класстын окуучулары үчүн теңдештирүүчү робот математикасын орто мектепте окуп жаткан математика жана физика сабактарына байланыштырса болот.

Математикада роботту чыныгы дүйнөдө тригометрия, дифференциация жана интеграция кандайча колдонуларын көрсөтүү үчүн колдонсо болот. Код дифференциация жана интеграция компьютерлер тарабынан сандык түрдө кандайча эсептелээрин көрсөтөт жана биз студенттер бул түшүнүктөрдү тереңирээк түшүнүшөрүн аныктадык.

Physcisте акселерометрлер менен гироскоптор кыймыл мыйзамдарын түшүнүүнү жана акселерометрдин өлчөөлөрү эмне үчүн ызы -чуу экенин жана реалдуу дүйнөдөгү мындай чектөөлөрдү кантип азайтуу керектигин практикалык түшүнүктү камсыз кылат.

Бул түшүнүк, мисалы, PID көзөмөлү жана пикир контролдоо алгоритмдерин интуитивдүү түшүнүү үчүн кийинки талкууга алып келиши мүмкүн.

Бул роботтун имаратын мектеп программасына же мектептен кийинки программа менен бирге башталгыч класстан баштап жогорку класстын окуучуларына чейин киргизсе болот.

6 -кадам: Видео агымдуу камеранын аксессуары

Биз малина PIге негизделген видеокамераны түздүк, аны роботтун дөңгөлөк кеңейтүүсүнө тиркөөгө болот. Агымдагы видео агымын веб -браузерге өткөрүү үчүн WiFi колдонот.

Бул роботтун өзүнчө электр энергиясын колдонот жана өз алдынча модуль болуп саналат.

Файл жасоо маалыматын берет.

Альтернатива катары, Quelima SQ13 сыяктуу башка өз алдынча видео агымдуу камералар дөңгөлөктүн узартылышына тиркелиши мүмкүн, мисалы:

7 -кадам: T20 Motors ордуна N20 Motors колдонуу

TT моторунун ордуна N20 моторун колдонууга болот.

Робот жумшак иштейт жана N20 мотору менен алда канча ылдам жүрөт.

Мен колдонгон N20 моторлору 3V, 250rpm N20 моторлору, мис.

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

N20 моторлору анча бекем эмес жана көпкө созулбайт, мүмкүн 5-10 саат колдонуу.

N20 мотору сизден N20 моторун 3D басып чыгарууну талап кылат жана T20 мотор дөңгөлөгүн N20 моторунун октук валына туура келтирүү үчүн дөңгөлөк бар.

N20 моторун tinkerCAD галереясынан "balrobot" издеп табууга болот.