Dengeleme Robotu / 3 Tekerlekli Robot / STEM Robot: 8 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Okullarda ve okul sonrası eğitim programlarında eğitim amaçlı kullanım için kombine bir dengeleyici ve 3 tekerlekli robot yaptık. Robot, bir Arduino Uno, özel bir kalkan (tüm yapı detayları sağlanır), bir Li Ion pil takımı (tüm yapı detayları sağlanır) veya 6xAA pil takımı, bir MPU 6050, bir BLE bluetooth modülü, bir ultrasonik modül (isteğe bağlı) temel alır.) ve bir kolu hareket ettirmek için bir servo. Ayrıca sınıflarda kullanıma hazır kapsamlı eğitim materyalleri bulunmaktadır.

Ekli belge, çocuklara her adımda eğitici öğrenme sağlayan bir dizi adımda robotu inşa etmeleri için verilen talimatlardır. Bu, okullara ve okul sonrası programlara sağlanan belgedir.

Tam balans / 3 tekerlekli robot taslağı yüklenmeden önce yapılabilecek 7 adet alıştırma bulunmaktadır. Alıştırmaların her biri robotun belirli bir yönüne odaklanır, örn. ivmeölçer/jiroskop sensörü, bluetooth kullanarak bir akıllı telefon uygulamasıyla etkileşime girer, ultasonik sensör, servo vb. Egzersizler robotun fiziksel yapısına entegre edilir, böylece bir egzersiz yapmak için yeterince robot inşa edildiğinde, egzersiz için kroki yüklenebilir ve yapılabilir. Bu, robotu eğitici öğrenme ile oluşturma eğlencesine odaklanmaya yardımcı olur.

Arduino Uno son derece yaygın olduğu ve birçok eğitim ortamında kullanıldığı için kullanılmasına karar verildi. Kalkan dışında, kolayca temin edilebilen standart raf modüllerini de kullandık. Şasi 3D olarak basılmıştır ve tasarım TinkerCAD'de mevcuttur.

Ayrıca bu robotun, çocuklara kendi eserlerini oluşturma konusunda düşünmeleri için ilham vermeye ve güven vermeye yardımcı olduğunu ve bunu yapmanın zor olmadığını gördük.

Tüm eskizler iyi yorumlanmıştır ve daha ileri düzeydeki öğrenciler kendi eskizlerini değiştirebilir veya yazabilir. Robot, Arduino ve elektronik hakkında bilgi edinmek için genel bir platform oluşturabilir.

Robot ayrıca "LOFI blokları" uygulamasıyla da çalışır (https://lofiblocks.com/en/), böylece çocuklar SCRATCH'a benzer bir grafiksel ortamda kendi kodlarını yazabilirler.

Yukarıdaki videonun işaret 1 modelini gösterdiğine dikkat edin, robot artık RemoteXY bluetooth uygulamasını (hem Andriod hem de Apple cihazları için mevcuttur) kullanır, MPU 6050 artık robot kalkanında bulunur (alttaki kaydırıcıda değil). robot - yine de dilerseniz orada bulabilirsiniz) ve kalkana takılabilen isteğe bağlı bir ultrasonik sensöre sahiptir.

Teşekkür:

(1) adım açısı ve PID kontrolü, Brokking yazılımına dayanmaktadır:

(2) RemoteXY uygulaması:

(3) LOFI Blokları ve LOFI Robot uygulaması:

(4) jjrobotlara dayalı silahlar:

(5) tüm eskizler Arduino Create'te saklanır:

(6) 3D tasarımlar TinkerCAD'de saklanır:

Sorumluluk Reddi: Bu materyal olduğu gibi sağlanır, bu materyalin doğruluğu veya başka bir şekilde garantisi yoktur. Bu belgede adı geçen 3. taraf iPhone ve Android uygulamalarının kullanımı, kullanıcının kendi sorumluluğundadır. Robot bir Lityum İyon pil takımı kullanabilir, pilin ve güç paketinin kullanımı kullanıcının sorumluluğundadır. Yazarlar, bu materyali kullanan herhangi bir kişi veya kuruluşun maruz kaldığı veya robotun inşası veya kullanımından kaynaklanan kayıplar için hiçbir sorumluluk kabul etmez.

Adım 1: Parça Listesi

Robotu sıfırdan yapmak için birçok adım var ve oldukça fazla zaman ve özen gerektirecek. Bir 3D yazıcıya ihtiyacınız olacak ve lehimleme ve elektronik devrelerin yapımında iyi olacaksınız.

Robotu yapmak için gerekli parçalar şunlardır:

(1) Şasi ve tekerlek uzantısını 3D olarak yazdırın

(2) Arduino Uno

(3) Robot kalkanını oluşturun

(4) MPU 6050, AT9 BLE Bluetooth modülü, isteğe bağlı ultrasonik modül (tümü kalkana takılır)

(5) SG90 servo

(6) TT motorları ve tekerlekleri

(7) Güç paketini oluşturun (6xAA pil takımı veya Li Ion pil takımı)

Ekli dosya, sonraki adımlarda ele alınan Li Ion güç paketi ve robot kalkanı dışındaki tüm parçaların nasıl elde edileceğini ve üretileceğini açıklamaktadır.

Adım 2: Robot Kalkanı

Robot kalkanının PCB tasarımı Fritzing'de yapılmıştır, tasarımı değiştirmek isterseniz Fritzing dosyası ektedir.

Kalkan PCB için gerber dosyaları da ektedir, bu dosyaları kalkanı üretmeleri için bir PCB üreticisine gönderebilirsiniz.

Örneğin, aşağıdaki üreticiler yaklaşık 5 $ + posta ücreti karşılığında 10 x PCB kartı yapabilir:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

Kalkan için yapım belgesi de ektedir.

Adım 3: Güç Paketi

Robot için 6xAA pil takımı veya Li Ion pil takımı oluşturabilirsiniz. Her ikisi için talimatlar ektedir.

AA pil paketinin yapımı çok daha kolaydır. Ancak piller değiştirilmeden önce yalnızca yaklaşık 20/30 dakika dayanır. Ayrıca servo, AA pil takımı ile kullanılamaz, bu nedenle hareketli kol yoktur.

Li Ion pil takımı yeniden şarj edilebilir ve şarjlar arasında yaklaşık 60 artı dakika sürer (kullanılan pilin kapasitesine bağlı olarak). Ancak, Li Ion pil takımının oluşturulması daha zordur ve bir Li Ion pil kullanır, Li Ion pillerin dikkatli kullanılması gerekir.

Li Ion pil paketi, pili aşırı ve düşük şarjdan koruyan ve maksimum akımı 4 Amper ile sınırlayan bir koruma devresi içerir. Ayrıca bir Li Ion şarj modülü kullanır.

Yaklaşık 7,2 volt çıkışa sahip herhangi bir Li Ion pil takımını kullanabilirsiniz, ancak uygun robot koruma fişi ile bir kablo oluşturmanız gerekir.

İyi bir alternatif güç paketiniz varsa bana bildirin. Bu Li Ion paketini oluşturmamın nedeni, tek bir Li Ion hücre kullanması, yani nispeten küçük olması ve herhangi bir mikro USB şarj cihazından veya bilgisayar dahil herhangi bir USB bağlantı noktasından şarj edilebilmesidir. 7,2 volt civarında gördüğüm Li Ion güç paketleri 2 hücre kullanır ve maliyeti artıran ve şarj etmek için uygun olmayan özel bir şarj cihazı gerektirir.

Li Ion pil takımını oluşturmayı (veya herhangi bir Li Ion pil takımını kullanmayı) seçerseniz, bu tür pillerle ilgili güvenlik sorunlarının farkında olmalısınız, örn.

Adım 4: Robot Egzersizleri ve Eskizler

Tüm parçaları elde ettikten sonra, robotu inşa ederken, isterseniz yol boyunca programlama alıştırmaları yapabilirsiniz. Bu alıştırmalar ve açıklamalar Arduino Oluştur'da mevcuttur - aşağıdaki bağlantılar sizi Arduino Oluşturma alıştırmalarına götürür - daha sonra alıştırmayı açıp Arduino Oluştur girişinizde kaydedebilirsiniz.

Robota eskiz yüklemek için telefonunuzun robota Bluetooth ile bağlı olmadığından emin olun - bir Bluetooth bağlantısı yüklemenin gerçekleşmesini engeller. Genelde gerekmese de Bluetooth modülünün pini 123456'dır.

Alıştırmalar 3, 5 ve 7, "LOFI robot" akıllı telefon uygulamasını (veya "BLE joystick" uygulamasını - bu uygulama her zaman Apple cihazlarıyla çalışmasa da) kullanır.

Alıştırma 8 (tam robot çizimi), robotu kontrol etmek için “RemoteXY” akıllı telefon uygulamasını kullanır.

LOFI Blokları çizimi, "LOFI Blokları" uygulamasını kullanır. (Bu uygulamanın en iyi Apple cihazlarda çalıştığını unutmayın).

Arduino Create'e bir egzersiz yüklediğinizde, arduino çizimine ek olarak, egzersiz hakkında bilgi sağlayan bir dizi başka sekme vardır.

Alıştırma 1: Arduino Temelleri – robot kontrol kalkanındaki LED'leri kırmızı ve yeşil olarak yanıp söner. Bu alıştırmayı yapımdaki Adım (3)'ten sonra yapabilirsiniz.

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

Alıştırma 2: Gyro Sensörü – gryolara ve ivmeölçerlere aşina olmak. Bu alıştırmayı yapımdaki Adım (4)'ten sonra yapabilirsiniz. Baud hızı 115200 olarak ayarlanmış “Seri Monitör”ü kullanmanız gerekir.

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

Alıştırma 3: Bluetooth Bağlantısı – bir Bluetooth bağlantısı kurun, robot kontrol kalkanındaki LED'leri açmak ve kapatmak için bir akıllı telefon uygulaması kullanın. Bu alıştırmayı yapımdaki Adım (5)'ten sonra yapabilirsiniz.

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

Alıştırma 4: Ultrasonik mesafe sensörü (opsiyonel) – ultrasonik sensöre aşinalık. Bu alıştırmayı yapımdaki Adım (5)'ten sonra yapabilirsiniz. Baud hızı 115200 olarak ayarlanmış “Seri Monitör”ü kullanmanız gerekir.

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

Alıştırma 5: Servo-mekanizma – servo mekanizmasına aşina olmak ve kolu hareket ettirmek, servo kolunun açısını kontrol etmek için bir akıllı telefon uygulaması kullanın. Bu alıştırmayı inşaatta Adım (8)'den sonra yapabilirsiniz. Baud hızı 115200 olarak ayarlanmış “Seri Monitör”ü kullanmanız gerekir.

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

Alıştırma 6: Tahrik motorları – motorları tanıyarak tahrik motorlarını ileri ve geri çalıştırın. Pil takımının açılması gerekiyor. Baud hızı 115200 olarak ayarlanmış “Seri Monitör”ü kullanmanız gerekir.

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

Alıştırma 7: Temel Araba – basit bir üç tekerlekli araba yapın (3. tekerleğe sahip robot), arabayı kontrol etmek için bir akıllı telefon uygulaması kullanıyoruz. Ayrıca elinizi takip etmek için ultrasonik sensörü kullanır. Bunu, inşaatta yukarıdaki ile aynı noktada yapabilirsiniz. Pilin açılması ve 3. tekerlek ataşmanının takılması gerekiyor.

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

Alıştırma 8: Tam dengeleme robotu – tam dengeleme / üç tekerlekli robot için kod. Robotu kontrol etmek için akıllı telefon uygulaması “RemoteXY”yi kullanın.

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

LOFI Blocks Sketch – "LOFI Blocks" uygulamasını kullanmak için bu çizimi robota yükleyin. Ardından robotu, SCRATCH'a benzer programlama bloklarını kullanan "LOFI Blocks" uygulamasını kullanarak programlayabilirsiniz.

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

Alıştırma 9: Çizgi İzleme robotu. İki çizgi izleme sensörü eklemek ve çizgi izleme sensörlerini robota bağlamak için ultrasonik fişi kullanmak mümkündür. Sensörlerin D2 ve D8 dijital pinlerine bağlı olduğunu unutmayın.

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

Alıştırma 10: Bluetooth Kontrolü. Robot LED'lerini ve servo mekanizmayı kontrol etmek için Bluetooth ve bir telefon uygulaması (RemoteXY) kullanma. Bu alıştırmada öğrenciler Bluetooth, gerçek dünyadaki şeyleri kontrol etmek için bir telefon uygulamasının nasıl kullanılacağı ve LED'ler ve servo mekanizmalar hakkında bilgi edinirler.

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

Adım 5: Robot Matematiğini ve Program Yapısını Dengeleme

Ekli dosya, robotun dengeleme parçasının matematik ve yazılım yapısına genel bir bakış sunar.

Dengeleme robotunun arkasındaki matematik, düşündüğünüzden daha basit ve daha ilginç.

Daha ileri düzeydeki okul öğrencileri için dengeleme robotu matematiğini lisede yaptıkları matematik ve fizik çalışmalarıyla ilişkilendirmek mümkündür.

Matematikte robot, gerçek dünyada trigometri, türev alma ve entegrasyonun nasıl uygulandığını göstermek için kullanılabilir. Kod, farklılaşma ve entegrasyonun bilgisayarlar tarafından sayısal olarak nasıl hesaplandığını gösterir ve öğrencilerin bu kavramları daha derinden anladıklarını gördük.

Fizikte ivmeölçerler ve jiroskoplar, hareket yasaları hakkında fikir verir ve ivmeölçer ölçümlerinin neden gürültülü olduğu ve bu tür gerçek dünya sınırlamalarının nasıl azaltılacağı gibi konularda pratik bir anlayış sağlar.

Bu anlayış, örneğin PID kontrolü ve geri besleme kontrol algoritmalarının sezgisel bir şekilde anlaşılması gibi daha ileri tartışmalara yol açabilir.

Bu robotun yapımını okul müfredatına dahil etmek veya ilkokuldan lise düzeyine kadar bir okul sonrası programla birlikte yapmak mümkündür.

Adım 6: Video Akışlı Kamera Aksesuarı

Robota tekerlek uzantısına takılabilen ahududu PI tabanlı bir video kamera oluşturduk. Akışlı video akışını bir web tarayıcısına iletmek için WiFi kullanır.

Robota ayrı bir güç kaynağı kullanır ve bağımsız bir modüldür.

Dosya, yapım ayrıntılarını sağlar.

Alternatif olarak, Quelima SQ13 gibi diğer bağımsız video akış kameraları, tekerlek uzantısına takılabilir, örneğin:

Adım 7: TT Motorları Yerine N20 Motorları Kullanmak

TT motor yerine N20 motor kullanmak mümkündür.

Robot, N20 motorla daha yumuşak çalışır ve çok daha hızlı gider.

Kullandığım N20 motorlar 3V, 250rpm N20 motorlardır, örn.

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

N20 motorları o kadar sağlam değildir ve uzun süre dayanmaz, belki 5-10 saatlik kullanım.

N20 motoru, N20 motor bağlantılarını 3D yazdırmanızı gerektirir ve bir TT motor tekerleğinin N20 motorunun eksenel miline uymasını sağlayan bir tekerlek eki vardır.

N20 motor bağlantıları, tinkerCAD galerisinde "balrobot" aranarak bulunabilir.

Adım 8: