Հավասարակշռող ռոբոտ / 3 անիվի ռոբոտ / STEM ռոբոտ ՝ 8 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:48

Մենք կառուցել ենք համակցված հավասարակշռման և եռանիվ ռոբոտ `դպրոցներում կրթական և դպրոցական ավարտական կրթական ծրագրերի համար: Ռոբոտը հիմնված է Arduino Uno- ի, սովորական վահանի վրա (շինարարության բոլոր մանրամասները տրամադրված են), Li Ion մարտկոցի տուփով (շինարարության բոլոր մանրամասները տրամադրված են) կամ 6xAA մարտկոցի փաթեթով, MPU 6050 -ով, BLE bluetooth մոդուլով, ուլտրաձայնային մոդուլով (ըստ ցանկության)) և սերվո ՝ ձեռքը շարժելու համար: Կան նաև լայնածավալ ուսումնական նյութեր, որոնք պատրաստ են օգտագործման համար դասասենյակներում:

Կից փաստաթուղթը երեխաներին տրված հրահանգներն են `ռոբոտը կառուցելու համար մի շարք քայլերով, որոնք յուրաքանչյուր քայլին տալիս են կրթական ուսուցում: Սա այն փաստաթուղթն է, որը տրամադրվում է դպրոցներին և դպրոցական ծրագրերից հետո:

Կան 7 վարժություններ, որոնք կարող են կատարվել մինչև ամբողջական բալինգի / եռանիվ ռոբոտի էսքիզը վերբեռնելը: Theորավարժություններից յուրաքանչյուրը կենտրոնանում է ռոբոտի որոշակի ասպեկտի վրա, օրինակ. աքսելոմետր/գիրոսկոպ սենսոր, սմարթֆոնի հավելվածի հետ փոխազդեցություն `օգտագործելով bluetooth, ուլտասոնիկ սենսոր, սերվո և այլն: exercisesորավարժությունները ինտեգրված են ռոբոտի ֆիզիկական կառուցվածքում, ուստի, երբ ռոբոտը բավականաչափ կառուցված է վարժություն կատարելու համար, վարժության ուրվագիծը կարելի է վերբեռնել և կատարել: Սա օգնում է կենտրոնացնել ռոբոտը կառուցելու հաճույքը կրթական ուսմունքով:

Որոշվեց օգտագործել Arduino Uno- ն, որովհետև այն չափազանց տարածված է և օգտագործվում է բազմաթիվ կրթական հաստատություններում: Մենք նաև վահանից բացի օգտագործել ենք դարակի ստանդարտ մոդուլներ, որոնք մատչելի են: Շասսին 3D տպագրությամբ է և դիզայնը հասանելի է TinkerCAD- ում:

Մենք նաև պարզեցինք, որ այս ռոբոտը օգնում է երեխաներին ներշնչել և վստահություն հաղորդել սեփական ստեղծագործությունների ստեղծման մասին, և որ դա դժվար չէ:

Բոլոր ուրվագծերը լավ մեկնաբանված են, և ավելի առաջադեմ ուսանողները կարող են փոփոխել կամ գրել իրենց ուրվագծերը: Ռոբոտը կարող է ընդհանուր հարթակ կազմել Arduino- ի և էլեկտրոնիկայի մասին սովորելու համար:

Ռոբոտը նաև աշխատում է «LOFI արգելափակումներ» հավելվածի հետ (https://lofiblocks.com/hy/), այնպես որ երեխաները կարող են այնտեղ գրել սեփական ծածկագիրը SCRATCH- ի նման գրաֆիկական միջավայրում:

Նկատի ունեցեք, որ վերը նշված տեսանյութը ցույց է տալիս նշանի 1 մոդելը, ռոբոտը այժմ օգտագործում է RemoteXY bluetooth ծրագիրը (որը հասանելի է ինչպես Andriod- ի, այնպես էլ Apple- ի սարքերի համար), MPU 6050 -ն այժմ գտնվում է ռոբոտի վահանի վրա (ոչ թե սահնակի ներքևի մասում): ռոբոտ - չնայած, ցանկության դեպքում, այն դեռ կարող եք գտնել այնտեղ) և ունի կամընտիր ուլտրաձայնային տվիչ, որը կարող է միացվել վահանին:

Շնորհակալություններ.

(1) թեքության անկյունը և PID- ի վերահսկումը հիմնված է Brokking- ի ծրագրային ապահովման վրա.

(2) RemoteXY հավելված ՝

(3) LOFI Blocks և LOFI Robot հավելված ՝

(4) jjrobots- ի վրա հիմնված զենք ՝

(5) բոլոր ուրվագծերը պահվում են Arduino- ում Ստեղծեք ՝

(6) 3D ձևավորումները պահվում են TinkerCAD- ում ՝

Հրաժարում. Այս նյութը տրամադրվում է այնպես, ինչպես կա, առանց երաշխիքի այս նյութի ճշգրտության կամ այլ կերպ: Այս փաստաթղթում նշված iPhone- ի և Android- ի երրորդ կողմի ծրագրերի օգտագործումը օգտվողների պատասխանատվության տակ է: Ռոբոտը կարող է օգտագործել լիթիում իոնային մարտկոցների փաթեթ, մարտկոցի և էներգաբլոկի օգտագործումը օգտվողների պատասխանատվության ներքո է: Հեղինակները պատասխանատվություն չեն կրում այս նյութը օգտագործող կամ ռոբոտի կառուցման կամ օգտագործման հետևանքով որևէ անձի կամ կազմակերպության կրած կորուստների համար:

Քայլ 1: Մասերի ցուցակ

Ռոբոտը զրոյից պատրաստելու համար կան բազմաթիվ քայլեր, և դա կպահանջի բավականին շատ ժամանակ և խնամք: Ձեզ անհրաժեշտ կլինի 3D տպիչ և լավ տիրապետեք էլեկտրական սխեմաների զոդման և կառուցման:

Ռոբոտը պատրաստելու համար անհրաժեշտ մասերն են.

(1) 3D տպել chasis և caster անիվի երկարացումը

(2) Arduino Uno

(3) Կառուցեք ռոբոտի վահանը

(4) MPU 6050, AT9 BLE Bluetooth մոդուլ, կամընտիր ուլտրաձայնային մոդուլ (բոլորը միացված են վահանին)

(5) SG90 սերվո

(6) TT շարժիչներ և անիվներ

(7) Կառուցեք էներգիայի փաթեթ (կա՛մ 6xAA մարտկոց, կա՛մ Li Ion մարտկոց)

Կցված ֆայլը բացատրում է, թե ինչպես կարելի է ձեռք բերել և կառուցել բոլոր մասերը, բացառությամբ Li Ion էներգաբլոկի և ռոբոտի վահանի, որոնք ընդգրկված են հաջորդ քայլերում:

Քայլ 2: Robot Shield

Ռոբոտի վահանի համար PCB- ի նախագիծը կատարվում է Fritzing- ում, կցված է Fritzing ֆայլը, եթե ցանկանում եք փոփոխել դիզայնը:

Կցված են նաև վահանի PCB- ի գերբեր ֆայլերը: Դուք կարող եք դրանք ուղարկել PCB արտադրողին, որպեսզի դրանք արտադրեն վահանը:

Օրինակ, հետևյալ արտադրողները կարող են 10 x PCB տախտակ պատրաստել մոտ $ 5 + փոստով.

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

Կցված է նաև վահանի պատրաստման փաստաթուղթը:

Քայլ 3: Power Pack

Ռոբոտի համար կարող եք կառուցել կամ 6xAA մարտկոց կամ Li Ion մարտկոց: Երկուսի հրահանգներն էլ կցված են:

AA- մարտկոցի տուփը շատ ավելի հեշտ է կառուցվում: Այնուամենայնիվ, մարտկոցները տևում են մոտավորապես 20/30 րոպե, նախքան դրանք փոխարինելը: Նաև servo- ն չի կարող օգտագործվել AA- մարտկոցի տուփի հետ, այնպես որ չկա շարժվող թև:

Li Ion մարտկոցի փաթեթը կարող է լիցքավորվել և տևում է մոտ 60 գումարած րոպե վերալիցքավորման միջև (կախված օգտագործվող մարտկոցի հզորությունից): Այնուամենայնիվ, Li Ion մարտկոցների փաթեթը ավելի դժվար է կառուցել և օգտագործում է Li Ion մարտկոց, Li Ion մարտկոցները պետք է խնամքով մշակվեն:

Li Ion մարտկոցի փաթեթը ներառում է պաշտպանության միացում, որը պաշտպանում է մարտկոցը լիցքավորումից և լիցքավորումից և սահմանափակում է առավելագույն հոսանքը մինչև 4 Ամպեր: Այն նաև օգտագործում է Li Ion լիցքավորման մոդուլ:

Կարող եք օգտագործել Li Ion մարտկոցի ցանկացած փաթեթ, որն ունի մոտ 7.2 վոլտ ելք, բայց ձեզ հարկավոր է մալուխ կազմել համապատասխան ռոբոտի վահանի խրոցակով:

Տեղեկացրեք ինձ, եթե ունեք լավ այլընտրանքային էներգիայի փաթեթ: Պատճառը, թե ինչու եմ կազմել այս Li Ion փաթեթը, այն է, որ այն օգտագործում է մեկ Li Ion բջիջ, ինչը նշանակում է, որ այն համեմատաբար փոքր է և կարող է լիցքավորվել ցանկացած միկրո USB լիցքավորիչից կամ ցանկացած USB պորտից, ներառյալ համակարգիչը: Li Ion էներգաբլոկները, որոնց ես տեսել եմ 7.2 վոլտ -ի մոտ, օգտագործում են 2 բջիջ և պահանջում են հատուկ լիցքավորիչ, ինչը մեծացնում է արժեքը և այնքան էլ հարմար չէ լիցքավորելու համար:

Եթե դուք ընտրում եք Li Ion մարտկոցի փաթեթը (կամ օգտագործում եք Li Ion մարտկոցի որևէ փաթեթ), ապա պետք է տեղյակ լինեք նման մարտկոցների անվտանգության խնդիրներին, օրինակ.

Քայլ 4: Ռոբոտների վարժություններ և ուրվագծեր

Բոլոր մասերը ձեռք բերելուց հետո, ռոբոտը կառուցելիս, ցանկության դեպքում կարող եք ծրագրավորման վարժություններ կատարել: Այս վարժությունները բացատրությունների հետ միասին հասանելի են Arduino Create- ում. Ստորև բերված հղումները ձեզ տանում են դեպի Arduino Create վարժություններ, այնուհետև կարող եք վարժությունը բացել և պահպանել ձեր Arduino Create մուտքի մեջ:

Ռոբոտին էսքիզներ վերբեռնելու համար համոզվեք, որ ձեր հեռախոսը ռոբոտին միացված չէ Bluetooth- ով. Bluetooth կապը կանխում է վերբեռնումը: Չնայած ընդհանրապես դրա կարիքը չկա, Bluetooth մոդուլի համար քորոցը 123456 է:

3, 5 և 7 վարժությունները օգտագործում են «LOFI robot» խելացի հեռախոսի ծրագիրը (կամ «BLE joystick» ծրագիրը, չնայած այս ծրագիրը միշտ չէ, որ աշխատում է Apple սարքերի հետ):

8 վարժությունները (ռոբոտի ամբողջական ուրվագիծը) օգտագործում է «RemoteXY» խելացի հեռախոսի ծրագիրը ՝ ռոբոտին կառավարելու համար:

LOFI Blocks էսքիզը օգտագործում է «LOFI Blocks» ծրագիրը: (նշեք, որ այս ծրագիրը լավագույնս աշխատում է Apple սարքերի վրա):

Arduino Create- ում վարժություն բեռնելիս, ի հավելումն arduino էսքիզի, կան մի շարք այլ ներդիրներ, որոնք տեղեկատվություն են տալիս վարժության մասին:

Ercորավարժություններ 1. Arduino- ի հիմունքներ. Միացրեք լուսադիոդները ռոբոտի կառավարման վահանի վրա կարմիր և կանաչ: Այս վարժությունը կարող եք կատարել շինարարության Քայլ 3 -ից հետո:

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

Ercորավարժություն 2. Գիրոսենսոր - ծանոթացում գրիոսներին և արագացուցիչներին: Այս վարժությունը կարող եք կատարել շինարարության Քայլ 4 -ից հետո: Դուք պետք է օգտագործեք «Սերիական մոնիտոր» ՝ բաուդ դրույքաչափը սահմանելով 115200:

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

Linkորավարժություններ 3. Bluetooth կապ - հաստատեք Bluetooth կապ, օգտագործեք խելացի հեռախոսի ծրագիրը ՝ ռոբոտի կառավարման վահանի LED- ները միացնելու և անջատելու համար: Այս վարժությունը կարող եք կատարել շինարարության Քայլ (5) -ից հետո:

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

Ercորավարժություն 4. Ուլտրաձայնային հեռավորության ցուցիչ (ըստ ցանկության) - ծանոթանալ ուլտրաձայնային տվիչին: Այս վարժությունը կարող եք կատարել շինարարության Քայլ (5) -ից հետո: Դուք պետք է օգտագործեք «Սերիական մոնիտոր» ՝ բաուդ դրույքաչափը սահմանելով 115200:

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

Ercորավարժություն 5. Սերվո-մեխանիզմ-սերվոյի մեխանիզմին ծանոթանալը և ձեռքը շարժելը, օգտագործեք խելացի հեռախոսի հավելված `սերվո թևի անկյունը վերահսկելու համար: Այս վարժությունը կարող եք կատարել շինարարության Քայլ (8) -ից հետո: Դուք պետք է օգտագործեք «Սերիական մոնիտոր» ՝ բաուդ դրույքաչափը սահմանելով 115200:

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

Ercորավարժություն 6. Քշեք շարժիչներ. Մարտկոցի փաթեթը միացնելու համար անհրաժեշտ է: Դուք պետք է օգտագործեք «Սերիական մոնիտոր» ՝ բաուդ դրույքաչափը սահմանելով 115200:

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

Exորավարժություն 7. Հիմնական մեքենա. Կառուցեք պարզ եռանիվ մեքենա (3 -րդ անիվի կցորդով ռոբոտ), մենք օգտագործում ենք խելացի հեռախոսի ծրագիր `մեքենան կառավարելու համար: Նաև օգտագործում է ուլտրաձայնային տվիչ ՝ ձեր ձեռքին հետևելու համար: Դուք կարող եք դա անել շինարարության նույն կետում, ինչպես վերը նշված է: Անհրաժեշտ է մարտկոցը միացնել և տեղադրել 3 -րդ անիվի կցորդը:

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

Ercորավարժություն 8. Լիարժեք հավասարակշռող ռոբոտ - ամբողջական հավասարակշռող / եռանիվ ռոբոտի ծածկագիրը: Ռոբոտին կառավարելու համար օգտագործեք «RemoteXY» խելացի հեռախոսի ծրագիրը:

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

LOFI Blocks Sketch - «LOFI Blocks» հավելվածից օգտվելու համար այս ուրվագիծը վերբեռնեք ռոբոտի մեջ: Այնուհետև կարող եք ռոբոտին ծրագրավորել ՝ օգտագործելով «LOFI Blocks» ծրագիրը, որն օգտագործում է SCRATCH- ի նման ծրագրավորման բլոկներ:

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

Ercորավարժություն 9 ՝ գծերի հետագծման ռոբոտ: Հնարավոր է ավելացնել գծի հետագծման երկու տվիչ և օգտագործել ուլտրաձայնային խրոցը ՝ ռոբոտին գծի հետագծման տվիչները միացնելու համար: Ուշադրություն դարձրեք, տվիչները միացված են D2 և D8 թվային կապումներին:

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

Ercորավարժություն 10. Bluetooth վերահսկում: Օգտագործելով Bluetooth և հեռախոսի ծրագիր (RemoteXY) ՝ ռոբոտների LED- ները և սերվո-մեխանիզմը վերահսկելու համար: Այս վարժության ընթացքում ուսանողները սովորում են Bluetooth- ի մասին, թե ինչպես օգտագործել հեռախոսի ծրագիրը `իրական աշխարհը վերահսկելու համար և սովորել LED- ների և սերվո-մեխանիզմների մասին:

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

Քայլ 5. Ռոբոտների մաթեմատիկայի և ծրագրի կառուցվածքի հավասարակշռում

Կից ֆայլը տալիս է ռոբոտի հավասարակշռող մասի մաթեմատիկայի և ծրագրային կառուցվածքի ակնարկ:

Հավասարակշռող ռոբոտի հետևում մաթեմատիկան ավելի պարզ և հետաքրքիր է, քան դուք կարող եք մտածել:

Ավելի առաջադեմ դպրոցականների համար հնարավոր է կապել հավասարակշռող ռոբոտ -մաթեմատիկան մաթեմատիկայի և ֆիզիկայի ուսումնասիրությունների հետ, որոնք նրանք անում են ավագ դպրոցում:

Մաթեմատիկայում ռոբոտը կարող է օգտագործվել ցույց տալու համար, թե ինչպես են եռաչափությունը, տարբերակումը և ինտեգրումը կիրառվում իրական աշխարհում: Կոդը ցույց է տալիս, թե ինչպես են համակարգիչների կողմից թվային հաշվարկը հաշվարկվում տարբերակման և ինտեգրման վրա, և մենք պարզեցինք, որ ուսանողները ավելի խորը պատկերացում են ստանում այդ հասկացությունների մասին:

Ֆիզիկայում արագացուցիչները և գիրոսկոպները հնարավորություն են տալիս պատկերացում կազմել շարժման օրենքների և բաների պրակտիկ ընկալման մասին, ինչպիսիք են, թե ինչու են արագացուցիչի չափումները աղմկոտ և ինչպես մեղմել նման իրական աշխարհի սահմանափակումները:

Այս ըմբռնումը կարող է հանգեցնել հետագա քննարկումների, օրինակ ՝ PID- ի վերահսկման և հետադարձ կապի ալգորիթմների ինտուիտիվ ընկալման:

Հնարավոր է այս ռոբոտի շենքը ներառել դպրոցական ծրագրում կամ դպրոցից հետո ծրագրի հետ մեկտեղ `տարրականից մինչև ավագ դպրոցի աշակերտներ:

Քայլ 6. Տեսախցիկի տեսախցիկի պարագաներ

Մենք ստեղծել ենք ազնվամորու PI- ի վրա հիմնված տեսախցիկ, որը կարող է ամրացվել ռոբոտին ամրացվող անիվի երկարացմանը: Օգտագործում է WiFi ՝ հոսքային վիդեո հոսքը վեբ դիտարկիչ փոխանցելու համար:

Այն օգտագործում է ռոբոտին առանձին սնուցման աղբյուր և ինքնուրույն մոդուլ է:

Ֆայլը տրամադրում է արտադրության մանրամասները:

Որպես այլընտրանք, վիդեո հոսքի այլ անկախ տեսախցիկներ, ինչպիսիք են Quelima SQ13- ը, կարող են կցվել պտտվող անիվի երկարացմանը, օրինակ ՝

Քայլ 7. TT շարժիչների փոխարեն N20 շարժիչների օգտագործումը

Հնարավոր է օգտագործել T20 շարժիչի փոխարեն N20 շարժիչը:

Ռոբոտը ավելի սահուն է աշխատում և շատ ավելի արագ է շարժվում N20 շարժիչով:

N20 շարժիչները, որոնք ես օգտագործել եմ, 3V, 250rpm N20 շարժիչներ են, օրինակ.

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

N20 շարժիչներն այնքան էլ ամուր չեն և երկար չեն ծառայում, գուցե 5-10 ժամ շահագործում:

N20 շարժիչը պահանջում է, որ դուք 3D տպեք N20 շարժիչի ամրակները և կա անիվի ներդիր, որը հնարավորություն է տալիս TT շարժիչի անիվը տեղավորել N20 շարժիչի առանցքային լիսեռը:

N20 շարժիչի ամրակները կարելի է գտնել tinkerCAD պատկերասրահում «balrobot» որոնելով: