Steg-för-steg-utbildning i robotik med ett kit: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:38

Efter ganska många månader av att bygga min egen robot (se alla dessa), och efter att två gånger ha misslyckats med delar, bestämde jag mig för att ta ett steg tillbaka och tänka om min strategi och riktning.

De flera månaders erfarenhet var ibland mycket givande och många gånger mycket frustrerande, mycket svårt, mycket nedslående. Många gånger kändes det som två steg framåt, ett steg tillbaka.

Och jag antar att det beror på en kombination av flera saker.

Mitt mål var att bygga en "riktig" robot - inte en leksak. En stor, kraftfull robot, med robusta delar och massor av tillgänglig batterienergi, som kan köras (hela dagen?) Och även vara autonom. Att den säkert kan navigera i hela min lägenhet utan att orsaka (sig själv eller någon / något) skada.

Medan jag så långsamt gjorde framsteg var mängden forskning, försök och fel, försök med det här, försök det, mycket tidskrävande och tog mycket mental / känslomässig energi.

Efter att samma delar misslyckats två gånger, skulle det vara vansinne att bara byta ut dem igen och fortsätta.

Det var med ett tungt hjärta som jag valde att låta det nuvarande "Wallace" -projektet gå tillbaka på hyllan, särskilt eftersom jag var så nära att införliva en IMU i robotarnas operativsystem.

Så vad ska jag göra nu

Det hände så att under den sista veckan av mitt "gör-det-själv" -robotprojekt, på jobbet gick jag en online-programvara. Kursen är irrelevant - det som gjorde intryck på mig var hur bra den var. Instruktören ledde praktiskt taget betraktaren i handen, steg-för-steg, och man kunde följa med, pausa videon, göra programmeringsproblemet (bara en liten bit i taget) och sedan se hur ens lösning matchade instruktörens.

Och - ännu bättre - hela serien kretsar kring ett riktigt mjukvaruprojekt, som faktiskt är lätt användbart för verkliga webbplatsaffärsbehov.

Det var så givande, så INTE stressande, att inte behöva undra "vad ska jag lära mig härnäst? Hur skulle jag gå tillväga för att göra / lära mig" X "?

Så, mellan det som hände på jobbet, och delarna som misslyckades hemma och att jag var så utmattad av ansträngningen, att jag önskade mig något liknande den onlinekurs jag tog för jobbet - men att det var för att lära mig robotik.

Det jag INTE ville är att upprepa de senaste månaderna. Jag ville inte köpa ännu ett robotkit och sedan flundra runt lite mer för att få det att göra vad jag vill att det ska göra. Och jag ville inte heller ha en helt byggd, färdig lösning för vad skulle jag då lära mig? Jag har redan gjort "montera-din-första-roboten".

Steg 1: Robotik är …

Problemet med att verkligen lära sig robotik är att det är så mycket inblandat. Det är skärningspunkten mellan åtminstone (om inte fler) dessa:

• maskinteknik
• el / elektronik
• mjukvaruutveckling

Var och en av ovanstående kan utvecklas ytterligare (vilket jag inte kommer att göra här). Poängen är: det finns MYCKET att lära sig.

Jag bestämde mig för att gå med ett tvådelat tillvägagångssätt, och därmed denna "instruerbara", för dig läsaren att överväga. Jag bestämde mig för att ta mig an eller börja i två olika men kompletterande riktningar samtidigt.

• Granska / Förbättra på / Lär dig / Expandera DC- och AC -kretsanalys
• Hitta en kurs / program som är en kombination av teori / föreläsning och hands-on, och kretsar kring ett robotpaket.

Steg 2: DC och AC Electrical Engineering

Anledningen till att jag vill ägna tid åt att lära mig och granska detta område är att robotdelarna troligtvis misslyckades på grund av min brist på att tillhandahålla korrekta kretsskydd i vissa områden. Om du granskar de robotrelaterade instruktionerna tycker jag fortfarande att de är mycket bra och användbara, även nu. Det var bara ett visst segment av delar som misslyckades, och bara efter en längre tid.

För att vara specifik inkluderade roboten en yta på högsta nivå på vilken det fanns vad jag kallar "stödkretsar". Dessa är GPIO-portutvidgningen och sensorrelaterade kretsar, utbrottskort, chips, kraftdistribution och kablar som behövs för att övervaka och styra alla typer av sensorer för att roboten ska vara säker och autonom.

Det var bara några av dessa delar som misslyckades - men de VAR misslyckade.

Jag skrev till ett ingenjörsforum och fick svar. Det var mängden detaljer och nivån på svaren som verkligen slog hem hos mig att jag bara inte är förberedd för den robotnivå som jag har i åtanke.

Det finns en värld av skillnad mellan ett litet robotkit som har två billiga motorer, kanske en 2/3 Amp motorstyrenhet, kanske ett par sensorer, som du kan bära i en hand - och en som väger upp till 20 kg och har mycket kraftfulla 20A -motorer och uppåt 15 sensorer som kan göra verklig skada om något går fel.

Så det var dags att ta en ny titt på DC- och AC -elektronik. Och jag hittade den här webbplatsen:

Matematikhandledare DVD. Jag tyckte att rubriken var lite tråkig och föråldrad. Jag har inte ens sett en CD eller DVD på flera år. Höger?

Men jag tog en titt på det. Och så småningom prenumererade jag och nu kan jag strömma videor hela dagen om jag vill. Allt för $ 20 USD per månad. Hittills har jag täckt volym 1.

Tänk på att gå i en klass med en professor längst fram, med en whiteboard, introducera ämnen, utarbeta dem, och sedan är det övning, övning, övning. Och det är vad den här webbplatsen är.

Vi var så småningom tvungna att träffa matrisalgebra eftersom kretsarna hade för många samtidiga ekvationer med lika många okända. Men det är okej. Han går över algebra precis tillräckligt för att komma igenom problemen. Om studenten vill ha mer finns det också separata matematikfysikkurser. Det har varit ett mycket bra program hittills.

Min förhoppning är att när jag kommer igenom dessa kurser kommer jag fram till svaren på mina problem med att mina delar misslyckas och är redo för framtida robotik inom elektronik.

Steg 3: Robotikutbildning och projekt

Men här är den bästa delen. Det föregående steget kan kanske vara lite torrt och inte givande. (Även om du, när du har passerat en viss punkt, kommer att kunna välja dina egna delar, designa din egen krets och bygga vad du vill. Säg att du ville bygga (bara för skojs skull) en radiosändare och en mottagare. Säg att du ville att det skulle vara med ditt eget val av frekvens och protokoll. Du skulle veta hur du utformar dina egna kretsar.)

Det finns något annat att göra samtidigt: en robotteknik. En riktig robotkurs.

(Om du bara vill att mikrokontrollerkortet ska göra dina egna saker (jag skriver en serie instruktioner som kan vara till hjälp) är utvecklingsbordet MSP432 i sig relativt billigt till cirka $ 27 USD. Du kan kolla med Amazon, Digikey, Newark, Element14 eller Mouser.)

Det händer så att Texas Instruments nyligen har tagit fram en så omfattande kurs. TI Robotics Systems Learning Kit. Låt inte "kit" -delen lura dig. Det här är mer än bara en "bygg ännu en liten robotkit". Ta en seriös titt på den länken.

Det kostade mig $ 200 USD för ett komplett kit. Du kan också se den bifogade videon jag lade för detta steg.

Titta på alla dessa inlärningsmoduler:

• Komma igång
• Modul 1 - Körkod på LaunchPad med CCS (mina observationer av Lab 1)
• Modul 2 - Spänning, ström och effekt (signalgenerator och kapacitansinstruktioner utarbetade från Lab 2)
• Modul 3 - ARM Cortex M (här är Lab 3 -anteckningar instruerbara - jämför montering med "C")
• Modul 4 - Programvarudesign med MSP432 (video av Lab 4 -anteckningar, video #2 av Lab 4)
• Modul 5 - Batteri- och spänningsreglering
• Modul 6 - GPIO (kolla in en Lab 6 instruerbar del 1, del 2 och del 3 men med fokus på monteringsprogrammering)
• Modul 7 - Finite State Machines (Lab 7 Del 1 Montering)
• Modul 8 - Gränssnittsingång och utgång
• Modul 9 - SysTick -timer
• Modul 10 - Felsökning av realtidssystem
• Modul 11 - Liquid Crystal Display
• Modul 12 - DC -motorer
• Modul 13 - Timers
• Modul 14 - Realtidssystem
• Modul 15 - Datainsamlingssystem
• Modul 16 - Varvräknare
• Modul 17 - Styrsystem
• Modul 18 - Seriell kommunikation
• Modul 19 - Bluetooth Low Energy
• Modul 20 - Wi -Fi
• Tävla utmaningar

Denna video från TI kan säga vad jag ville uttrycka mycket bättre än jag kan.

Steg 4: Använd Robotics Curriculum som utgångspunkt

Även om det inte är lätt, eller inte som föreskrivet, kan du utöka de föreläsningar, labb, aktiviteter, etc., som läroplanen erbjuder.

Till exempel har jag länkat några andra instruktioner till den här (se föregående steg som listar alla inlärningsmoduler) där jag försökte antingen expandera genom att göra mer med elektroniken (kondensatorer) eller försöka skriva koden i montering i förutom att skriva det i C.

Ju mer du känner till monteringsprogrammering, desto bättre språkprogrammerare på högre nivå kan du vara; de bättre valen du kommer att göra i projekt.

Steg 5: Arduino mot MSP432 (pågår)

Jag visste det inte riktigt med säkerhet på den tiden, men jag hade det intrycket … här är ett utdrag ur en artikel som kan uttrycka det bättre än jag kan:

Skillnader mellan Arduino och MSP432401R: Nu ska vi se varför vi valde MSP432 i motsats till den mycket populära Arduino. Arduino kan vara ganska enkelt att programmera och prototypa på grund av alla tillgängliga API: er, men när det gäller bättre kontroll av hårdvara har MSP432 fördelen. Med hjälp av CCS kan vi inte bara komma åt adressutrymmet för MSP432 utan också vi kan ändra ett värde för olika register som på lämpligt sätt kommer att påverka olika inställningar. Arduino är inte bara en mikrokontroller, det är nästan som ett omslag runt en mikrokontroller. Arduino är som en kokt paj medan MSP432 är som en rå apelsin som vi måste laga själva. Förhoppningsvis förtydligar detta de olika tillämpningarna av dem båda. För de första stadierna kan Arduino användas, men när prestandan blir kritisk fungerar TI MSP432 mycket bättre på grund av kontrollen över hårdvara.

Det utdraget är hämtat härifrån.

Steg 6: Raspberry Pi 3 B mot MSP432 (pågår)

Jämförelsen är inte riktigt rättvis, eftersom Pi verkligen är en mikrodator och MSP är en mikrokontroller.

Men med T. I. Robotics Kit -kursen, den används som hjärnor för en robot.

Uppenbarligen har Pi mycket mer minne.

Pi, som kör Raspbian, är inte ett operativsystem i realtid. Denna nackdel kan spela in om du är intresserad av att få exakta mätningar (timing) från en sensor.

MSP på utvecklingskortet innehåller två generella lysdioder (minst en, kanske båda, är RGB), och kortet innehåller också två tillfälliga knappar för allmänna ändamål.