HackerBoxes Robotics Workshop: 22 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

HackerBoxes Robotics Workshop var utformad för att ge en mycket utmanande men trevlig introduktion till DIY -robotsystem och även hobbyistelektronik i allmänhet. Robotics Workshop är utformad för att exponera deltagaren för dessa viktiga ämnen och inlärningsmål:

• Gångrobotar
• Kugghjul för samordning av rörelse
• Lödning av elektroniska projekt
• Schematiska kretsscheman
• Optiska sensorer för autonom styrning och navigering
• Analoga slutna kretsar
• Arduino programmering
• NodeMCU inbäddade RISC -processorer
• Wi-Fi i inbyggda processorsystem
• IoT -kontroll med Blyk -plattformen
• Kabeldragning och kalibrering av servomotorer
• Komplex robotmontering och styrintegration

HackerBoxes är den månatliga prenumerationstjänsten för DIY -elektronik och datorteknik. Vi är skapare, hobbyister och experimenterande. Om du vill köpa en HackerBoxes Workshop eller ta emot HackerBoxes överraskningsprenumerationslåda med fantastiska elektronikprojekt i posten varje månad, besök oss på HackerBoxes.com och gå med i revolutionen.

Projekt i HackerBox Workshops såväl som i månadsabonnemanget HackerBoxes är inte precis för nybörjare. De kräver i allmänhet viss tidigare elektronikexponering, grundläggande lödningskunskaper och komfort när man arbetar med mikrokontroller, datorplattformar, operativsystemfunktioner, funktionsbibliotek och enkel programkodning. Vi använder också alla de typiska hobbyverktygen för att bygga, felsöka och testa DIY -elektronikprojekt.

Hacka planeten!

Steg 1: Workshopens innehåll

• RoboSpider -kit
• Autonom linje efter robotkit
• Arduino Robotic Arm Wi-Fi-kontroller
• MeArm robotarmsats
• Robotics Achievement Patch

Ytterligare saker som kan vara till hjälp:

• Sju AA -batterier
• Grundläggande lödningsverktyg
• Dator för att köra Arduino IDE

En mycket viktig tilläggsartikel som vi kommer att behöva är en verklig känsla av äventyr, DIY -anda och hackarnyfikenhet. Att börja alla äventyr som skapare och skapare kan vara en spännande utmaning. I synnerhet är denna typ av hobbyelektronik inte alltid lätt, men när du fortsätter och njuter av äventyret kan stor tillfredsställelse härledas från att hålla ut och räkna ut allt!

Steg 2: RoboSpider

Bygg din egen RoboSpider med detta robotkit. Den har åtta flerledade ben som duplicerar gångrörelsen för riktiga spindlar. Undersök kitens delar för att verifiera 71 stycken som visas här. Kan du gissa vad varje del används till inom RoboSpider -designen?

Steg 3: RoboSpider - Kabeldragning

Dra först upp motorn och batterihuset till RoboSpider. Ledningarna kan helt enkelt vridas på batteripolerna enligt anvisningarna. Trådarna kan dock också noggrant lödas på plats om du vill.

Steg 4: RoboSpider - mekanisk montering

En mycket intressant redskapsenhet bildas för varje benpar. Varje RoboSpider har fyra sådana sammansättningar med två ben vardera för att samordna rörelsen för åtta separata spindelben. Observera hur en fixtur tillhandahålls för att underlätta inriktningen av växlarna.

Resten av RoboSpider kan monteras enligt anvisningarna. Vilken typ av gångdynamik uppvisar denna RoboSpider?

Steg 5: Låt oss göra oss redo att löda

Lödning är en process där två eller flera metallföremål (ofta trådar eller ledningar) sammanfogas genom att smälta en fyllnadsmetall som kallas lödning i fogen mellan metallföremålen. Olika typer av lödverktyg är lätt tillgängliga. HackerBoxes Starter Workship innehåller en fin uppsättning grundläggande verktyg för lödning av liten elektronik:

• Lödkolv
• Tips för byte
• Lödkolvstativ
• Lödkolvspetsrengörare
• Löda
• Desoldering Wick

Om du är ny på lödning finns det många bra guider och videor på nätet om lödning. Här är ett exempel. Om du känner att du behöver ytterligare hjälp kan du försöka hitta en lokal maker -grupp eller hackerutrymme i ditt område. Amatörradioklubbar är också alltid utmärkta källor till elektronikupplevelse.

Använd skyddsglasögon vid lödning

Du kommer också att vilja ha lite isopropylalkohol och pinnar för rengöring av de brunaktiga flussrester som finns kvar på dina lödfogar. Om den lämnas på plats kommer denna rest så småningom att korrodera metallen i anslutningen.

Slutligen kanske du vill kolla in serietidningen "Lödning är lätt" från Mitch Altman.

Steg 6: Linje efter robot

The Line Following (aka Line Tracing) Robot kan följa en tjock svart linje ritad på en vit yta. Linjen ska vara cirka 15 mm tjock.

Steg 7: Linjeföljande robot - schema och komponenter

Delar till linjen efter roboten samt det schematiska kretsschemat visas här. Försök att identifiera alla delar. Medan du går igenom teorin om operationer nedan, se om du kan ta reda på syftet med var och en av delarna och kanske till och med varför deras värden har specificerats så. Att försöka "bakåtkonstruera" befintliga kretsar är ett bra sätt att lära sig att designa dina egna.

Operationsteori:

På varje sida av linjen används en LED (D4 och D5) för att projicera en ljuspunkt på ytan nedanför. Dessa nedre lysdioder har tydliga linser för att bilda en riktad ljusstråle i motsats till en diffus stråle. Beroende på att ytan under lysdioden är vit eller svart, kommer en annan mängd ljus att reflektera tillbaka till motsvarande fotoresistor (D13 och D14). Den svarta slangen runt fotoresistorn hjälper till att fokusera det reflekterade direkt i sensorn. Fotoresistorsignalerna jämförs i LM393 -chipet för att avgöra om roboten ska fortsätta rakt fram eller om den ska vridas. Observera att de två jämförarna i LM393 har samma insignaler, men signalerna är motsatt orienterade.

Vridning av roboten åstadkoms genom att slå på likströmsmotorn (M1 eller M2) på utsidan av svängen medan motorn lämnas mot insidan av svängen i avstängt läge. Motorerna slås på och av med drivdrivningstransistorerna (Q1 och Q2). De toppmonterade röda lysdioderna (D1 och D2) visar oss vilken motor som är påslagen vid varje given tidpunkt. Denna styrmekanism är ett exempel på sluten styrning och ger snabbt anpassningsbar vägledning för att uppdatera robotens bana på ett mycket enkelt men effektivt sätt.

Steg 8: Linje efter robot - motstånd

Ett motstånd är en passiv, tvåterminal, elektrisk komponent som implementerar elektrisk motstånd som ett kretselement. I elektroniska kretsar används motstånd för bland annat att minska strömflödet, justera signalnivåer, dela spänningar, förspänna aktiva element och avsluta överföringsledningar. Motstånd är vanliga element i elektriska nätverk och elektroniska kretsar och finns allestädes närvarande i elektronisk utrustning.

Linjeföljande robotkit innehåller fyra olika värden för axiella, genomgående hålmotstånd med de färgkodade banden som visas:

• 10 ohm: brun, svart, svart, guld
• 51 ohm: grön, brun, svart, guld
• 1K ohm: brun, svart, svart, brun
• 3.3K ohm: orange, orange, svart, brun

Motstånden ska sättas in från toppen av kretskortet (PCB) enligt bilden och sedan lödas nedifrån. Naturligtvis måste det korrekta värdet på motståndet sättas in, de är inte utbytbara. Motstånd är emellertid inte polariserade och de kan sättas in i båda riktningarna.

Steg 9: Linje efter robot - återstående komponenter

Andra kretselement, som visas här, kan sättas in från toppen av kretskortet och lödas nedan, precis som motstånden.

Observera att de fyra ljussensorkomponenterna faktiskt sätts in från undersidan av kretskortet. Den långa bulten sätts in mellan ljussensorkomponenterna och fästs tätt med den öppna muttern. Sedan kan den avrundade lockmuttern placeras på bultens ände som en slät glider.

Till skillnad från motstånden är flera andra komponenter polariserade:

Transistorerna har en platt sida och en halvcirkelformad sida. När de sätts in i kretskortet, se till att dessa matchar de vita silkesskärmsmarkeringarna på kretskortet.

Lysdioderna har en lång ledning och en kortare ledning. Den långa ledningen ska matchas med + -terminalen som anges på siden.

De burkformade elektrolytkondensatorerna har en negativ terminalindikator (vanligtvis en vit rand) som går ner på burkens ena sida. Ledningen på den sidan är den negativa ledningen och den andra är den positiva. Dessa måste sättas in i kretskortet enligt stiftindikatorerna på siden.

Det 8-poliga chipet, dess uttag och PCB-silken för att sätta in dem, har alla en halvcirkulär indikator i ena änden. Dessa måste ställas upp för alla tre. Uttaget ska lödas i kretskortet och chipet ska inte sättas in i uttaget förrän lödningen är klar och har svalnat. Även om chipet kan lödas direkt i kretskortet, måste man vara mycket snabb och försiktig när man gör det. Vi rekommenderar att du använder ett uttag när det är möjligt.

Steg 10: Linje efter robot - batteripaket

Det tunna, översta lagret på den dubbelsidiga tejpen kan skalas av för att fästa batteriet. Ledningarna kan matas genom kretskortet och lödas nedan. Överskottstråden kan vara användbar för lödning av motorerna.

Steg 11: Linje efter robot - motorer

Ledningar för motorerna kan lödas till plattorna på undersidan av kretskortet som visas. När elektroderna har lödts kan det tunna, övre lagret av den dubbelsidiga tejpen avlägsnas för att fästa motorerna på kretskortet.

Steg 12: Line Following Robot - Watch It Go

Raden efter roboten är en fröjd att se. Hoppa i ett par AA -battericeller och låt det riva.

Om det behövs kan trimmerpotentiometrarna ställas in för att förfina robotens kantdetektering.

Om det finns några andra "beteende" -problem med roboten, är det också bra att kontrollera inriktningen av de fyra sensorkomponenterna på undersidan och särskilt den svarta slangen runt fotoresistorerna.

Slutligen, se till att använda nya batterier. Vi har märkt oregelbundna prestanda när batteriet tar slut.

Steg 13: Robotarm från MeArm

MeArm Robot Arm har utvecklats för att vara världens mest tillgängliga lärverktyg och minsta, coolaste robotarm. MeArm levereras som en plattpackad robotarmsats bestående av laserskurna akrylark och mikroservos. Du kan bygga den med inget annat än en skruvmejsel och entusiasm. Det har beskrivits som "Perfect Arduino Project for Beginners" av Lifehacker -webbplatsen. MeArm är en fantastisk design och mycket roligt, men kan definitivt vara lite knepigt att montera. Ta dig tid och ha tålamod. Försök att aldrig tvinga servomotorerna. Om du gör det kan det eventuellt skada de små plasthjulen i servon.

MeArm i denna workshop styrs från en smartphone eller surfplatta med en NodeMCU Wi-Fi-modul anpassad för Arduino-utvecklingsplattformen. Denna nya kontrollmekanism skiljer sig ganska mycket från den ursprungliga "hjärnans" tavlan som diskuteras i MeArm -dokumentationen, så var noga med att följa instruktionerna för handkontrollen som presenteras här och inte de som finns i originaldokumentationen från MeArm. De mekaniska detaljerna för montering av MeArm -akrylkomponenterna och servomotorerna förblir desamma.

Steg 14: Robotarm Wi -Fi -kontroller - Förbered Arduino för NodeMCU

NodeMCU är en plattform med öppen källkod baserad på ESP8266 -chipet. Detta chip innehåller en 32-bitars RISC-processor med 80 MHz, Wi-Fi (IEEE 802.11 b/g/n), RAM-minne, Flash-minne och 16 I/O-stift.

Vår controller-hårdvara är baserad på ESP-12-modulen som visas här som innehåller ett ESP8266-chip tillsammans med det medföljande Wi-Fi-nätverksstödet.

Arduino är en elektronisk plattform med öppen källkod baserad på lättanvänd maskinvara och programvara. Den är avsedd för alla som gör interaktiva projekt. Medan Arduino -plattformen vanligtvis använder Atmel AVR -mikrokontroller kan den vara en adapter för att fungera med andra mikrokontroller, inklusive vår ESP8266.

För att starta måste du se till att du har Arduino IDE installerat på din dator. Om du inte har IDE installerat kan du ladda ner det gratis (www.arduino.cc).

Du behöver också drivrutiner för datorns operativsystem (OS) för att komma åt rätt Serial-USB-chip på NodeMCU-modulen du använder. För närvarande innehåller de flesta NodeMCU-moduler CH340 Serial-USB-chipet. Tillverkaren av CH340 -chipsen (WCH.cn) har drivrutiner tillgängliga för alla populära operativsystem. Det är bäst att använda Googles översatta sida för deras webbplats.

När vi väl har Arduino IDE installerat och OS -drivrutinerna installerade för USB -gränssnittschipet måste vi förlänga Ardino IDE för att kunna användas med ESP8266 -chipet. Kör IDE, gå in i inställningar och leta upp fältet för att ange "Ytterligare Board Manager -webbadresser"

För att installera Board Manager för ESP8266, klistra in den här webbadressen:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Efter installationen, stäng IDE och starta sedan den igen.

Anslut nu NodeMCU -modulen till din dator med hjälp av microUSB -kabeln.

Välj korttypen i Arduino IDE som NodeMCU 1.0

Här är en instruktion som går igenom installationsprocessen för Arduino NodeMCU med hjälp av några olika applikationsexempel. Det är lite vilse från målet här, men det kan vara till hjälp att titta efter en annan synvinkel om du fastnar.

Steg 15: Wi -Fi -kontroller för robotarmar - Hacka ditt första NodeMCU -program

När vi ansluter en ny maskinvara eller installerar ett nytt mjukvaruverktyg, vill vi se till att det fungerar genom att prova något mycket enkelt. Programmerare kallar detta ofta "hej världen" -programmet. För inbäddad hårdvara (vad vi gör här) blinkar "hejvärlden" vanligtvis en LED (ljusdiod).

Lyckligtvis har NodeMCU en inbyggd LED som vi kan blinka. Arduino IDE har också ett exempelprogram för blinkande lysdioder.

I Arduino IDE, öppna exemplet som kallas blink. Om du noggrant undersöker denna kod kan du se att den växlar vridstift 13 högt och lågt. På de ursprungliga Arduino -korten är användarlampan på stift 13. NodeMCU -lysdioden är dock på stift 16. Så vi kan redigera programmet blink.ino för att ändra varje referens till stift 13 till stift 16. Sedan kan vi kompilera programmet och ladda upp den till NodeMCU -modulen. Detta kan ta några försök och kan kräva att verifiera USB -drivrutinen och dubbelkontrollera inställningen för kortet och porten i IDE. Ta dig tid och ha tålamod.

När programmet har laddats upp korrekt kommer IDE att säga "uppladdning klar" och lysdioden börjar blinka. Se vad som händer om du ändrar funktionen fördröjning () i programmet och sedan laddar upp det igen. Är det vad du förväntat dig. Om så är fallet har du hackat din första inbäddade kod. Grattis!

Steg 16: Robotarms Wi -Fi -kontroller - Exempel på programvarukod

Blynk (www.blynk.cc) är en plattform med iOS- och Android -appar för att styra Arduino, Raspberry Pi och annan hårdvara över Internet. Det är en digital instrumentpanel där du kan bygga ett grafiskt gränssnitt för ditt projekt genom att helt enkelt dra och släppa widgets. Det är verkligen enkelt att ställa in allt och du börjar pyssla direkt. Blynk kommer att få dig online och redo för Internet Of Your Things.

Ta en titt på Blynk -webbplatsen och följ instruktionerna för att konfigurera Arduino Blynk -biblioteket.

Ta ArmBlynkMCU.ino Arduino -programmet som bifogas här. Du kommer att märka att den har tre strängar som måste initialiseras. Du kan ignorera dem för tillfället och bara se till att du kan kompilera och ladda upp koden som den är till NodeMCU. Du behöver detta program laddat till NodeMCU för nästa steg av kalibrering av servomotorer.

Steg 17: Robotarm Wi -Fi -kontroller - Kalibrering av servomotorer

ESP-12E-motorskyddskortet stöder direktanslutning av NodeMCU-modulen. Ställ försiktigt upp och sätt in NodeMCU-modulen på motorskyddskortet. Anslut också de fyra servona till skölden enligt bilden. Observera att kontakterna är polariserade och måste orienteras enligt bilden.

NodeMCU -koden som laddades i förra steget initierar servon till deras kalibreringsposition som visas här och diskuteras i MeArm -dokumentationen. Att fästa servoarmarna i rätt riktning medan servon är inställda på sitt kalibreringsläge säkerställer att rätt startpunkt, slutpunkt och rörelseomfång konfigureras för var och en av de fyra servon.

Om att använda batteri med servomotorerna NodeMCU och MeArm:

Batterikablarna ska vara anslutna till batteriingångens skruvplintar. Det finns en strömbrytare av plast på motorskyddet för att aktivera batteriinmatningen. Det lilla plastbygelblocket används för att leda ström till NodeMCU från motorskyddet. Utan bygelblocket installerat kan NodeMCU strömförsörja sig från USB -kabeln. Med bygelblocket installerat (enligt bilden) leds batteriet till NodeMCU -modulen.

Steg 18: Robotarms användargränssnitt - Integrera med Blynk

Vi kan nu konfigurera Blynk -appen för att styra servomotorerna.

Installera Blyk -appen på din iOS- eller Android -mobila enhet (smartphone eller surfplatta). Efter installationen, konfigurera ett nytt Blynk -projekt med fyra reglage som visas för att styra de fyra servomotorerna. Observera Blynk -auktoriseringstoken som genereras för ditt nya Blynk -projekt. Du kan få den mejlad för att underlätta att klistra in.

Redigera ArmBlynkMCU.ino Arduino -programmet för att fylla i de tre strängarna:

• Wi-Fi SSID (för din Wi-Fi-åtkomstpunkt)
• Wi-Fi-lösenord (för din Wi-Fi-åtkomstpunkt)
• Blynk Authorization Token (från ditt Blynk -projekt)

Nu kompilera och ladda upp den uppdaterade koden som innehåller de tre strängarna.

Kontrollera att du kan flytta de fyra servomotorerna via Wi-Fi med hjälp av reglagen på din mobila enhet.

Steg 19: Robotarm - mekanisk montering

Vi kan nu fortsätta med den mekaniska monteringen av MeArm. Som tidigare noterats kan detta vara lite knepigt. Ta dig tid och ha tålamod. Försök att inte tvinga servomotorerna.

Kom ihåg att denna MeArm styrs av NodeMCU Wi-Fi-modulen som skiljer sig ganska mycket från den ursprungliga "hjärnan" -kortet som diskuterades i MeArm-dokumentationen. Var noga med att följa instruktionerna för handkontrollen som presenteras här och inte de som finns i originaldokumentationen från MeArm.

De fullständiga mekaniska monteringsdetaljerna hittar du på denna webbplats. De är märkta som Build Guide för MeArm v1.0.

Steg 20: Online -resurser för att studera robotik

Det finns ett växande antal online -robottekniker, böcker och andra resurser …

• Stanford Course: Introduction to Robotics
• Columbia Course: Robotics
• MIT -kurs: Underaktuerad robotik
• Robotik WikiBook
• Robotics CourseWare
• Lär dig beräkna med robotar
• Robotik avmystifierad
• Robotmekanismer
• Matematisk robotmanipulation
• Utbildningsrobotar med Lego NXT
• LEGO Education
• Cutting Edge Robotics
• Inbyggd robotik
• Autonoma mobila robotar
• Klätter- och promenadrobotar
• Klättrings- och promenadrobotar Nya applikationer
• Humanoid robotar
• Robotarmar
• Robotmanipulatorer
• Framsteg inom robotmanipulatorer
• AI Robotics

Att utforska dessa och andra resurser kommer kontinuerligt att utöka din kunskap om robotikens värld.

Steg 21: Robotics Acheivement Patch

Grattis! Om du har gjort din bästa insats i dessa robotprojekt och avancerat din kunskap, bör du bära den medföljande prestationslappen med stolthet. Låt världen veta att du är en mästare i servon och sensorer.

Steg 22: Hacka planeten

Vi hoppas att du gillar HackerBoxes Robotics Workshop. Denna och andra workshops kan köpas från onlinebutiken på HackerBoxes.com där du också kan prenumerera på den månatliga HackerBoxes -prenumerationslådan och få fantastiska projekt levererade direkt till din brevlåda varje månad.

Dela din framgång i kommentarerna nedan och/eller på HackerBoxes Facebook Group. Hör av dig till oss om du har några frågor eller behöver hjälp med något. Tack för att du var en del av HackerBoxes -äventyret. Låt oss göra något bra!