Flex Bot: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Χρησιμοποιήστε αυτό το οδηγό για να φτιάξετε ένα πλαίσιο ρομπότ τετρακίνησης που ελέγχεται από τους μυς σας!

Βήμα 1: Η ιστορία

Είμαστε δύο νεότεροι από το Λύκειο του vingρβινγκτον που λαμβάνουμε Αρχές Μηχανικής, μια τάξη PLTW. Η δασκάλα μας, κα Berbawy, μας έδωσε την ευκαιρία να επιλέξουμε ένα έργο SIDE που θα εμφανιζόταν στο Maker Faire Bay Area. Καταλήξαμε να βρούμε έναν ιστότοπο που ονομάζεται "Backyard Brains" (https://backyardbrains.com), ο οποίος μας βοήθησε να αναπτύξουμε την ιδέα της χρήσης μυϊκής κάμψης για την κίνηση ενός κινητήρα. Ο δάσκαλός μας μας παρείχε τον μικροελεγκτή Arduino, τον αισθητήρα μυών EMG, τον εξοπλισμό vex, τα καλώδια βραχυκυκλωτήρων και τις μπαταρίες. Στη συνέχεια, εφαρμόσαμε τις προηγούμενες δεξιότητές μας προγραμματισμού και ρομποτικής (που μάθαμε μέσω ανταγωνιστικής ρομποτικής και πρακτικής άσκησης) για να σχεδιάσουμε ένα πλαίσιο που ελέγχουμε χρησιμοποιώντας τους μυς μας! Αυτό το έργο, όπως είδαμε μετά από έρευνα στο Διαδίκτυο, δεν είχε γίνει από κανέναν πριν, πράγμα που σημαίνει ότι έπρεπε να δημιουργήσουμε τα πάντα από το μηδέν! Αυτό περιλάμβανε πολλές δοκιμές, τροποποιήσεις και επαναληπτικές δοκιμές, αλλά το να δούμε το έργο του τελικού έργου μας στο τέλος άξιζε τον κόπο.

Βήμα 2: Βασική περιγραφή

Το πρόγραμμά μας είναι ουσιαστικά ένα πλαίσιο ρομπότ 4 τροχών και 4 κινητήρων που ελέγχεται χρησιμοποιώντας έναν μικροελεγκτή Arduino. Επισυνάπτεται στο Arduino ένας αισθητήρας μυών EMG που μεταδίδει δεδομένα τάσης μυών σε μια αναλογική θύρα του Arduino. Αρκετές ψηφιακές ακίδες και οι ακίδες γείωσης/5 βολτ του Arduino συνδέονται με μια σανίδα ψωμιού πάνω από το πλαίσιο, τροφοδοτώντας 4 κινητήρες και στέλνοντάς τους σήματα δεδομένων.

Συνολικά, όταν κάποιος κάμπτεται, η διακύμανση της τάσης που καταγράφεται από τον αισθητήρα EMG σηματοδοτεί μια ψηφιακή θύρα για να στείλει δεδομένα στην ακίδα δεδομένων του ελεγκτή κινητήρα, η οποία καταλήγει να ενεργοποιεί τον κινητήρα. Επιπλέον, έχουμε δύο κουμπιά συνδεδεμένα με τις αναλογικές ακίδες του Arduino μας. Όταν πατήσετε τα κουμπιά, το ρεύμα αποστέλλεται στους αναλογικούς ακροδέκτες και όταν αυτές οι αναλογικές ακίδες καταχωρήσουν την τρέχουσα είσοδο, οι κινητήρες γυρίζουν σε διαφορετικές κατευθύνσεις για να επιτρέψουν στο πλαίσιο να προχωρήσει προς τα εμπρός, πίσω, αριστερά ή δεξιά.

Παρακάτω είναι τα βασικά που πρέπει να αγοράσετε για αυτό το έργο:

- Αισθητήρας ΗΜΓ

- VEX 393 MOTORS

- ΕΛΕΓΧΟΙ VEX MOTOR

- ΚΙΤ HARDWARE VEX

- ΤΡΟΧΟΙ VEX

- ΠΛΑΙΣΙΟ ΚΑΙ ΚΑΛΩΔΙΑ

- ARDUINO UNO

- 9 ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ VOLT (θα χρειαστείτε πολλά καθώς αυτές οι μπαταρίες πεθαίνουν σε περίπου 30 λεπτά λόγω της μεγάλης ποσότητας τρέχουσας χρήσης 4 κινητήρων VEX):

Βήμα 3: Βήμα 1: το Drive

Για να δημιουργήσετε αυτό το πλαίσιο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε υλικό/κινητήρα, αν και συνιστάται υλικό VEX, VEX Version 4 Motors και ελεγκτές κινητήρα VEX. Κατά την κατασκευή αυτού του πλαισίου, πρέπει να λάβετε υπόψη τον χώρο που απαιτείται για να τοποθετήσετε μια σανίδα ψωμιού, έναν μικροελεγκτή Arduino, μπαταρίες και διακόπτες στην κορυφή του πλαισίου. Επιπλέον, οι κινητήρες που χρησιμοποιούνται πρέπει να έχουν δυνατότητα PWM. Για τους σκοπούς αυτού του έργου, αυτό ουσιαστικά σημαίνει ότι ο κινητήρας πρέπει να έχει θετικό πείρο, αρνητικό πείρο και καρφίτσα δεδομένων. Οι συνεχείς σερβοκινητήρες ή οι κινητήρες DC με ελεγκτές κινητήρα έχουν και οι δύο δυνατότητα PWM.

Εκτός από τις παραπάνω πληροφορίες, αυτό το πλαίσιο μπορεί να προσαρμοστεί πλήρως στις επιθυμίες σας αρκεί να έχει κίνηση στους 4 τροχούς!

Ακολουθούν μερικά επιπλέον πράγματα που πρέπει να έχετε κατά νου κατά την κατασκευή του πλαισίου (όλα αυτά μπορείτε να τα δείτε και στις συνημμένες εικόνες του πλαισίου!):

1) κάθε άξονας πρέπει να στηρίζεται σε δύο σημεία για να αποφευχθεί η κάμψη

2) Ο τροχός δεν πρέπει να αγγίζει άμεσα την πλευρά του πλαισίου (πρέπει να υπάρχει ένα μικρό κενό, το οποίο μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση αποστάτων) αυτό μειώνει την τριβή που επιβραδύνει την ταχύτητα του τροχού κατά την περιστροφή

3) Χρησιμοποιήστε διανομείς αξόνων στην άλλη πλευρά του τροχού (στραμμένοι μακριά από το πλαίσιο) για να στερεώσετε τον τροχό στο πλαίσιο

Βήμα 4: Βήμα 2: Κυκλώματα

* Σημείωση, για τη δημιουργία του κυκλώματος για αυτό το έργο, συνιστούμε ΑΚΡΙΒΩΣ τη χρήση στερεού/προ-λυγισμένου σύρματος ψωμιού, καθώς είναι πολύ καθαρότερο/ευκολότερο να κατανοηθεί κατά τον έλεγχο του κυκλώματος για σφάλματα, τα οποία πιθανότατα θα συμβούν. Για παράδειγμα χρήσης συμπαγούς σύρματος, δείτε τις εισαγωγικές εικόνες αυτού του έργου. *

Αυτό το έργο χρησιμοποιεί ένα breadboard για τους ακόλουθους λόγους:

- να δώσει τάση στους διάφορους κινητήρες που ελέγχονται

- για την αποστολή σημάτων δεδομένων στους ελεγκτές κινητήρα του κινητήρα

- για λήψη σημάτων δεδομένων από τα κουμπιά

- για την παροχή τάσης στον αισθητήρα ΗΜΓ

- για λήψη σημάτων δεδομένων από τον αισθητήρα ΗΜΓ

Ανατρέξτε στην εικόνα του κυκλώματος TinkerCAD που επισυνάπτεται για αναφορά.

Ακολουθούν μερικά βήματα για να καταλάβετε πώς αντιστοιχεί το TinkerCADcircuitry στο πραγματικό κύκλωμα που φτιάξαμε/χρησιμοποιήσαμε:

Τα κίτρινα σύρματα αντιπροσωπεύουν καλώδια "δεδομένων", τα οποία ουσιαστικά στέλνουν τα σήματα στον ελεγκτή του κινητήρα προτρέποντας τον κινητήρα να γυρίσει.

Τα μαύρα σύρματα αντιπροσωπεύουν το αρνητικό σύρμα ή "γείωση". Μια σημαντική σημείωση είναι ότι όλοι οι κινητήρες/ εξαρτήματα πρέπει να είναι συνδεδεμένα σε αρνητικό καλώδιο γείωσης για να ελέγχονται από το Arduino.

Τα κόκκινα σύρματα αντιπροσωπεύουν το θετικό σύρμα. Τα θετικά και τα αρνητικά καλώδια πρέπει να βρίσκονται στο κύκλωμα για να λειτουργήσει.

Βήμα 5: Βήμα 3: Η κωδικοποίηση

Αυτό είναι το πιο δύσκολο κομμάτι του έργου για να το καταλάβετε. Το πρόγραμμά μας απαιτεί τη χρήση του Arduino IDE, το οποίο μπορείτε να κατεβάσετε στον ιστότοπο του Arduino. Ο διαδικτυακός επεξεργαστής Arduino μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί του ληφθέντος IDE, εάν είναι προτιμότερο.

ARDUINO IDE

Μόλις ληφθεί αυτό το IDE/είναι έτοιμο για χρήση και το πρόγραμμα που φτιάξαμε μεταφορτωθεί στο IDE, τότε το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να ανεβάσετε τον κώδικα στο Arduino και να ολοκληρωθεί η πτυχή του λογισμικού αυτού του έργου!

Σημείωση - το αρχείο ZIP για τον κώδικα αυτού του έργου επισυνάπτεται παρακάτω.

Ουσιαστικά, το πρόγραμμά μας διαβάζει τις τιμές τάσης με συνεχή ταχύτητα και εάν οι τιμές τάσης βρίσκονται εκτός ενός συγκεκριμένου εύρους (που υποδεικνύει κάμψη), τότε ένα σήμα δεδομένων αποστέλλεται στον ελεγκτή κινητήρα του κινητήρα, προκαλώντας τον κινητήρα να γυρίσει. Επιπλέον, εάν πατήσετε οποιοδήποτε από τα δύο κουμπιά, ή και τα δύο, τότε τα μεμονωμένα μοτέρ στρέφονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις, επιτρέποντας στο ρομπότ να κινείται προς τα εμπρός, προς τα πίσω και να γυρίζει και προς τις δύο κατευθύνσεις.

Βήμα 6: Βήμα 4: Γιορτάστε

Αφού κάνετε τα προηγούμενα τρία βήματα (κατασκευή πλαισίου και κυκλώματος, καθώς και λήψη του κώδικα), τελειώσατε! Το μόνο που έχετε να κάνετε τώρα είναι να συνδέσετε τις μπαταρίες 9 volt στις ράγες του breadboard (2 μπαταρίες 9 Volt), μια μπαταρία 9 volt στον μικροελεγκτή Arduino και είστε έτοιμοι. Βάλτε τον αισθητήρα μυών στον δικέφαλο μυ, ενεργοποιήστε το Arduino και το FLEX! Θυμηθείτε, το πάτημα των κουμπιών θα σας επιτρέψει να μετακινήσετε το πλαίσιο αριστερά, δεξιά και πίσω επίσης!

Επισυνάπτεται ένα βίντεο για να δείτε αυτό το έργο σε δράση!