Balanslash roboti / 3 g'ildirakli robot / STEM robot: 8 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:26

Biz maktablarda va maktabdan keyingi ta'lim dasturlarida ta'lim uchun foydalanish uchun birlashtirilgan balans va 3 g'ildirakli robotni qurdik. Robot Arduino Uno, maxsus qalqon (barcha qurilish tafsilotlari berilgan), Li -Ion batareya to'plami (barcha qurilish detallari berilgan) yoki 6xAA batareya to'plami, MPU 6050, BLE bluetooth moduli, ultratovushli modulga (ixtiyoriy) asoslangan.) va qo'lni siljitish uchun servo. Sinf xonalarida foydalanish uchun tayyor keng qamrovli o'quv materiallari ham mavjud.

Ilova qilingan hujjat bolalarga robotni bir necha bosqichda yaratish bo'yicha berilgan ko'rsatmalar bo'lib, ular har bir bosqichda ta'lim olishni ta'minlaydi. Bu maktablarga va maktabdan keyingi dasturlarga taqdim etilgan hujjat.

To'liq balaning / 3 g'ildirakli robot eskizini yuklashdan oldin bajarilishi mumkin bo'lgan 7 ta mashq mavjud. Mashqlarning har biri robotning ma'lum bir tomoniga qaratilgan, masalan. bluetooth, ultrasonik sensor, servo va hokazolardan foydalangan holda aqlli telefon ilovasi bilan o'zaro aloqada bo'lgan akkerometr/giroskop sensori. Mashqlar robotning fizik konstruktsiyasiga birlashtirilgan, shuning uchun mashq bajarish uchun etarli robot tuzilgan bo'lsa, mashq uchun eskizni yuklash va bajarish mumkin. Bu robotni yaratish qiziqishini ta'limiy ta'limga qaratishga yordam beradi.

Arduino Uno -ni ishlatishga qaror qilindi, chunki bu juda keng tarqalgan va ko'pgina o'quv dasturlarida qo'llaniladi. Biz, shuningdek, qalqondan tashqari, tayyor standart raf modullaridan foydalanganmiz. Shassi 3D bosilgan va dizayni TinkerCADda mavjud.

Biz, shuningdek, bu robot bolalarga o'z ijodlarini yaratish haqida o'ylashga ilhom va ishonch bag'ishlashiga yordam berishini aniqladik va buni qilish qiyin emas.

Barcha eskizlar yaxshi sharhlangan va ilg'or talabalar o'z eskizlarini o'zgartirishi yoki yozishi mumkin. Robot Arduino va elektronikani o'rganish uchun umumiy platformani tashkil qilishi mumkin.

Robot "LOFI bloklari" ilovasi bilan ham ishlaydi (https://lofiblocks.com/en/), shuning uchun bolalar o'z kodlarini SCRATCHga o'xshash grafik muhitda yozishlari mumkin.

E'tibor bering, yuqoridagi videoda 1 -markali model ko'rsatilgan, robot endi RemoteXY bluetooth ilovasidan foydalanadi (bu Andriod va Apple qurilmalarida mavjud), MPU 6050 endi robot qalqonida joylashgan (pastki qismidagi slayderda emas) robot - garchi siz xohlasangiz, uni o'sha erda topishingiz mumkin) va qalqonga ulanishi mumkin bo'lgan ixtiyoriy ultratovushli sensorga ega.

Rahmatlar:

(1) qadam burchagi va PID nazorati Brokking dasturiga asoslangan: https://www.brokking.net/ September_main.html

(2) RemoteXY ilovasi:

(3) LOFI Blocks va LOFI Robot ilovasi:

(4) jjrobots asosidagi qurollar:

(5) barcha eskizlar Arduino Create -da saqlanadi:

(6) 3D dizaynlar TinkerCAD -da saqlanadi:

Ogohlantirishlar: Ushbu material, bu materialning to'g'riligiga yoki boshqacha kafolati bo'lmagan holda, taqdim etilgan. Ushbu hujjatda ko'rsatilgan uchinchi tomon iPhone va Android ilovalaridan foydalanish foydalanuvchilarning xavfi ostida. Robot Lityum Ion batareyalar to'plamidan foydalanishi mumkin, batareya va quvvat to'plamidan foydalanish foydalanuvchilarning o'z xavfiga tushadi. Mualliflar ushbu materialdan foydalangan yoki robotni yasagan yoki ishlatgan shaxs yoki tashkilotga etkazilgan zararlar uchun javobgarlikni o'z zimmalariga olmaydilar.

1 -qadam: qismlar ro'yxati

Robotni noldan yasash uchun juda ko'p qadamlar bor va buning uchun ko'p vaqt va g'amxo'rlik kerak bo'ladi. Sizga 3D printer kerak bo'ladi va lehimlashda va elektron sxemalarni tuzishda yaxshi bo'lasiz.

Robot ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan qismlar:

(1) uchburchak va g'ildirak kengaytmasini 3D bosib chiqarish

(2) Arduino Uno

(3) Robot qalqonini yarating

(4) MPU 6050, AT9 BLE Bluetooth moduli, ixtiyoriy ultratovushli modul (hamma qalqonga ulangan)

(5) SG90 servo

(6) TT dvigatellari va g'ildiraklari

(7) Quvvat to'plamini yarating (6xAA batareya to'plami yoki Li Ion batareya to'plami)

Qo'shilgan faylda Li Ion quvvat to'plami va robot qalqonidan boshqa barcha qismlarni qanday olish va qurish kerakligi tushuntiriladi.

2 -qadam: Robot qalqoni

Robot qalqoni uchun PCB dizayni Fritzingda amalga oshiriladi, agar siz dizaynni o'zgartirmoqchi bo'lsangiz, Fritzing fayli biriktirilgan.

Qalqon PCB uchun gerber fayllari ham biriktirilgan, siz ularni qalqon ishlab chiqarish uchun PCB ishlab chiqaruvchisiga yuborishingiz mumkin.

Masalan, quyidagi ishlab chiqaruvchilar 10 dollarlik tenglikni kartochkalarini 5 dollar atrofida + pochta narxiga yasashlari mumkin:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

Bundan tashqari, qalqonni tayyorlash hujjati ilova qilingan.

3 -qadam: quvvat to'plami

Siz robot uchun 6xAA batareyali yoki Li Ionli akkumulyator to'plamini yasashingiz mumkin. Ikkalasi uchun ko'rsatmalar ilova qilingan.

AA batareyalar to'plamini yaratish ancha oson. Batareyalar almashtirishdan oldin taxminan 20/30 daqiqa xizmat qiladi. Servo AA-akkumulyator bilan ishlatilmaydi, shuning uchun harakatlanuvchi qo'l yo'q.

Li -Ion batareyasini qayta zaryadlash mumkin va qayta zaryadlash o'rtasida taxminan 60 daqiqa davom etadi (ishlatilgan batareyaning quvvatiga qarab). Biroq, Li -Ion batareyalar to'plamini qurish qiyinroq va Li -Ion batareyasini ishlatadi, Li -Ion batareyalarini ehtiyotkorlik bilan ishlatish kerak.

Li -Ion batareyalar to'plami batareyani zaryaddan va zaryaddan himoya qiladi va maksimal tokni 4 ampergacha cheklaydi. Bundan tashqari, Li Ion zaryadlash moduli ishlatiladi.

Siz har qanday Li Ion batareyalar to'plamidan foydalanishingiz mumkin, uning quvvati taxminan 7,2 voltni tashkil qiladi, lekin siz tegishli robot qalqonli vilka bilan kabel yasashingiz kerak bo'ladi.

Agar sizda yaxshi alternativ quvvat to'plami bo'lsa, menga xabar bering. Bu Li Ion to'plamini tuzishimning sababi shundaki, u bitta Li -Ionli uyadan foydalanadi, ya'ni u nisbatan kichik va uni har qanday mikro USB zaryadlovchi qurilmasidan yoki kompyuterni o'z ichiga olgan USB portidan zaryadlash mumkin. Men ko'rgan Li -Ion quvvat paketlari 7,2 volt atrofida 2 ta uyadan foydalanadi va maxsus zaryadlovchi kerak bo'ladi, bu esa narxni oshiradi va zaryadlash uchun unchalik qulay emas.

Agar siz Li Ion batareyalar to'plamini yaratishni tanlasangiz (yoki Li Ion batareyalar to'plamidan foydalansangiz), siz bunday batareyalar bilan bog'liq xavfsizlik muammolarini bilishingiz kerak, masalan.

4 -qadam: Robot mashqlari va eskizlari

Agar siz barcha qismlarni olsangiz, robotni qurishda, agar xohlasangiz, dasturlash mashqlarini bajarishingiz mumkin. Bu mashqlar tushuntirishlar bilan bir qatorda Arduino Create -da mavjud - quyidagi havolalar sizni Arduino Create mashqlariga olib boradi - siz mashqni Arduino Create -da ochishingiz va saqlashingiz mumkin.

Eskizlarni robotga yuklash uchun telefoningiz robotga Bluetooth orqali ulanmaganligiga ishonch hosil qiling - Bluetooth ulanishi yuklanishni oldini oladi. Odatda kerak bo'lmasa -da, Bluetooth moduli uchun pin 123456.

3, 5 va 7 -mashqlarda "LOFI robot" aqlli telefon ilovasi (yoki "BLE joystik" ilovasi - bu dastur har doim ham Apple qurilmalari bilan ishlamaydi) ishlatiladi.

8 -mashq (to'liq robot eskizi) robotni boshqarish uchun "RemoteXY" aqlli telefon ilovasidan foydalanadi.

LOFI Blocks eskizida "LOFI Blocks" ilovasi ishlatiladi. (E'tibor bering, bu ilova Apple qurilmalarida eng yaxshi ishlaydi).

Mashg'ulotni Arduino Create -ga yuklaganingizda, arduino eskizidan tashqari, mashq haqida ma'lumot beradigan boshqa bir qator tablar mavjud.

1 -mashq: Arduino asoslari - robotni boshqarish qalqonidagi qizil va yashil LEDlarni o'chiring. Siz ushbu mashqni qurilishda (3) bosqichdan keyin qilishingiz mumkin.

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

2 -mashq: Gyro sensori - gryos va akselerometrlar bilan tanishish. Siz ushbu mashqni qurilishda (4) bosqichdan keyin qilishingiz mumkin. Siz "ketma -ket monitor" dan foydalanishingiz kerak, uning tezligi 115200.

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

3 -mashq: Bluetooth havolasi - Bluetooth havolasini o'rnating, robot boshqaruv qalqonidagi LEDlarni yoqish va o'chirish uchun aqlli telefon ilovasidan foydalaning. Siz ushbu mashqni qurilishda (5) bosqichdan keyin qilishingiz mumkin.

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

4 -mashq: Ultrasonik masofa sensori (ixtiyoriy) - ultratovush sensori bilan tanishish. Siz ushbu mashqni qurilishda (5) bosqichdan keyin qilishingiz mumkin. Siz "ketma -ket monitor" dan foydalanishingiz kerak, uning tezligi 115200.

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

5-mashq: Servo mexanizmi-servo mexanizm bilan tanishish va qo'lni harakatlantirish, servo qo'l burchagini boshqarish uchun aqlli telefon ilovasidan foydalaning. Siz ushbu mashqni qurilishda (8) bosqichdan keyin qilishingiz mumkin. Siz "ketma -ket monitor" dan foydalanishingiz kerak, uning tezligi 115200.

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

6 -mashq: Dvigatellarni haydash - dvigatellar bilan tanishish, haydovchi motorlarini oldinga va orqaga burish. Batareya to'plamini yoqish kerak. Siz "ketma -ket monitor" dan foydalanishingiz kerak, uning tezligi 115200.

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

7 -mashq: Asosiy mashina - oddiy uch g'ildirakli mashina yasang (3 -g'ildirakli robot), biz mashinani boshqarish uchun aqlli telefon ilovasidan foydalanamiz. Qo'lingizni kuzatib borish uchun ultratovush sensori ham ishlatiladi. Siz buni qurilishning yuqoridagi nuqtasida qilishingiz mumkin. Batareyani yoqish va uchinchi g'ildirak qo'shimchasini kiritish kerak.

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

Mashq 8: To'liq muvozanatlashtiruvchi robot - to'liq muvozanat / uch g'ildirakli robot uchun kod. Robotni boshqarish uchun "RemoteXY" aqlli telefon ilovasidan foydalaning.

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

LOFI Blocks Sketch - "LOFI Blocks" ilovasidan foydalanish uchun ushbu eskizni robotga yuklang. Siz robotni SCRATCH -ga o'xshash dasturiy bloklardan foydalanadigan "LOFI Blocks" ilovasi yordamida dasturlashingiz mumkin.

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

Mashq 9: Line Tracing robot. Ikkita chiziqli datchiklarni qo'shish va ultratovushli vilkasidan foydalanib, chiziqni aniqlash sensorlarini robotga ulash mumkin. E'tibor bering, sensorlar D2 va D8 raqamli pinlariga ulangan.

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

10 -mashq: Bluetooth boshqaruv. Robot LEDlari va servo-mexanizmini boshqarish uchun Bluetooth va telefon ilovasidan (RemoteXY) foydalanish. Bu mashg'ulotda talabalar Bluetooth haqida, telefon ilovasidan foydalanib, real hayotdagi narsalarni boshqarishni, LEDlar va servo-mexanizmlarni o'rganadilar.

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

5 -qadam: Robot matematikasi va dastur tuzilmasini muvozanatlash

Qo'shilgan fayl robotning muvozanatlash qismining matematikasi va dasturiy tuzilishi haqida umumiy ma'lumot beradi.

Balanslash robotining matematikasi siz o'ylagandan ko'ra sodda va qiziqroq.

Eng ilg'or maktab o'quvchilari uchun matematika va fizikani muvozanatlashtiruvchi robotlarni o'rta maktabda o'qish bilan bog'lash mumkin.

Matematikada robot yordamida real dunyoda trigometriya, differentsiatsiya va integratsiya qanday qo'llanilishini ko'rsatish mumkin. Kodda differentsiatsiya va integratsiyani kompyuterlar qanday hisoblab chiqilganligi ko'rsatilgan va biz o'quvchilar bu tushunchalarni chuqurroq tushunishlarini aniqladik.

Fizikada akselerometrlar va giroskoplar harakat qonunlari haqida tushuncha beradi va nima uchun akselerometr o'lchovlari shovqinli va real dunyodagi bunday cheklovlarni qanday yumshatish mumkinligi kabi narsalarni amaliy tushunishni ta'minlaydi.

Bu tushuncha keyingi muhokamalarga olib kelishi mumkin, masalan, PID nazorati va teskari aloqa nazorat algoritmlari.

Bu robotning qurilishini maktab o'quv dasturiga yoki maktabdan keyingi dastur bilan birgalikda, boshlang'ichdan o'rta sinf o'quvchilarigacha kiritish mumkin.

6 -qadam: Video oqim kamerasi aksessuari

Biz malina PI asosidagi videokamera yaratdik, uni robotga g'ildirak g'ildiragining kengaytmasiga ulash mumkin. Internet -brauzerga video oqimini uzatish uchun WiFi -dan foydalanadi.

U robot uchun alohida quvvat manbaidan foydalanadi va mustaqil moduldir.

Fayl ishlab chiqarish tafsilotlarini beradi.

Shu bilan bir qatorda, navbatdagi g'ildirak kengaytmasiga Quelima SQ13 kabi boshqa mustaqil video oqim kameralari ulanishi mumkin, masalan:

7 -qadam: TT Motors o'rniga N20 motorlaridan foydalanish

TT dvigateli o'rniga N20 dvigatelidan foydalanish mumkin.

Robot yumshoqroq ishlaydi va N20 dvigateli bilan ancha tezroq ketadi.

Men ishlatgan N20 dvigatellari 3V, 250 rpm N20 dvigatellari, masalan.

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

N20 dvigatellari unchalik mustahkam emas va uzoq vaqt xizmat qilmaydi, ehtimol 5-10 soat.

N20 dvigateli N20 dvigatelini 3D bosib chiqarishni talab qiladi va T20 dvigatelining g'ildiragini N20 dvigatelining eksa o'qiga moslashtiradigan g'ildirak qo'shimchasi mavjud.

N20 dvigatellarini tinkerCAD galereyasida "balrobot" ni qidirish orqali topish mumkin.

8 -qadam: