HeadBot-ένα αυτο-εξισορροπητικό ρομπότ για εκμάθηση STEM και προσέγγιση: 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Το Headbot-ένα ρομπότ ύψους δύο ποδιών, που ισορροπεί-είναι το πνευματικό τέκνο της South Eugene Robotics Team (SERT, FRC 2521), μια ανταγωνιστική ομάδα ρομποτικής λυκείου στο FIRST Robotics Competition, από το Eugene, Oregon. Αυτό το δημοφιλές ρομπότ προσέγγισης κάνει τακτικές εμφανίσεις σε σχολεία και εκδηλώσεις στην κοινότητα, όπου προσελκύει πλήθος ενηλίκων και παιδιών. Επειδή το ρομπότ είναι ανθεκτικό και εύκολο στη χρήση χρησιμοποιώντας τηλέφωνο ή tablet Android, παιδιά ηλικίας έως τριών ετών μπορούν να το οδηγήσουν με επιτυχία. Και επειδή το bot μπορεί να φορέσει μια μεγάλη ποικιλία από καπέλα, μάσκες και άλλα κοστούμια, είναι μια διασκεδαστική προσθήκη σχεδόν σε κάθε συγκέντρωση. Τα μέλη του SERT χρησιμοποιούν το bot για να προσλάβουν νέα μέλη της ομάδας και να εμπνεύσουν ένα γενικό ενδιαφέρον για το STEM στην κοινότητα.

Το συνολικό κόστος του έργου είναι περίπου $ 200 (υποθέτοντας ότι έχετε έναν εκτυπωτή 3D και μια συσκευή Android), αν και αυτό μπορεί να ξυριστεί σε λιγότερο από $ 100 εάν έχετε ένα καλά εφοδιασμένο κατάστημα ηλεκτρονικών ειδών με εύκολη πρόσβαση σε σωλήνες συγκόλλησης, θερμοσυρρίκνωσης, καλώδια βραχυκυκλωτήρων, αντιστάσεις, πυκνωτές, μπαταρίες και καλώδιο micro USB. Η κατασκευή είναι απλή, αν έχετε ήδη κάποια ηλεκτρονική εμπειρία και παρέχει μια μεγάλη ευκαιρία για όσους είναι πρόθυμοι να μάθουν. Για όσους έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη ρομποτική, το Headbot παρέχει επίσης μια καλή πλατφόρμα για την ανάπτυξη δεξιοτήτων στον συντονισμό αναλογικού-ολοκληρωμένου-παραγώγου (PID) για έλεγχο ανατροφοδότησης.

Προμήθειες

Σημειώστε ότι η παρακάτω λίστα μερών δείχνει τον αριθμό των εξαρτημάτων που απαιτούνται για κάθε τύπο και όχι τον αριθμό των πακέτων. Ορισμένοι σύνδεσμοι αναφέρονται σε σελίδες όπου πολλά μέρη μπορούν να αγοραστούν ως πακέτο (το οποίο προσφέρει κάποια εξοικονόμηση κόστους) - φροντίστε να αγοράσετε τον αριθμό των πακέτων που είναι απαραίτητα για την απόκτηση του κατάλληλου αριθμού ανταλλακτικών.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ

• 1x ESP32 Μικροελεγκτής
• 2x Stepper Motors
• 2x A4988 Stepper Motor Drivers
• 1x Γυροσκόπιο/Επιταχυνσιόμετρο MPU-6050
• Πυκνωτής 1x 100uF
• 1x UBEC (Universal Battery Elimination Circuit)
• 1x διαχωριστής τάσης (1x 10kohm και 1x αντίσταση 26,7kohm)
• 2x 5mm κοινή άνοδος RGB LED Lights
• 6x 220 ohm Αντιστάσεις
• Jumper Wires (αρσενικό-αρσενικό και θηλυκό-θηλυκό)
• Ηλεκτρικό καλώδιο
• 3x Βύσματα σύνδεσης JST SM
• 2x θήκη 4 μπαταριών
• Συρρίκνωση της θερμότητας
• Κόλλα μετάλλων

Σκεύη, εξαρτήματα

• 1x τρισδιάστατο περίβλημα, καπάκι και ηλεκτρική πλακέτα (δείτε τις παρακάτω οδηγίες)
• Τροχοί δίσκου ακριβείας 2x 5"
• 2x 0.770 "Ρόδες διαμερίσματα με διάμετρο 5 mm
• 8x Επαναφορτιζόμενες μπαταρίες AA και φορτιστής
• 1x Κεφαλή φελιζόλ
• 1x τεμάχιο σωλήνα PVC 3/4 "3/4" (για τοποθέτηση κεφαλής)
• 8x πλυντήρια κλειδώματος M3 (για τοποθέτηση κινητήρων)
• Βίδες 8x M3 x 8mm (για τοποθέτηση κινητήρων)
• Βίδες 8x 6-32 x 3/8 "(για τοποθέτηση τροχών σε διανομέα)
• 2 φορές φερμουάρ
• Duct ή Gaff Tape
• 2x άκαμπτες μεταλλικές ράβδοι ή στιβαρά σύρματα (π.χ., κομμένα από κρεμάστρες) περίπου. Μήκος 12"

Προτεινόμενα εργαλεία

• Wire Stripper
• Κόφτης καλωδίων
• Συγκολλητικό σίδερο
• Θερμικό όπλο
• Ηλεκτρικό τρυπάνι
• Μπιτ φτυάρι 1 "x 16"
• Σετ κλειδί Hex Key
• Πυροβόλο θερμό κόλλα
• Καλώδιο Micro USB με γωνιακό βύσμα

Βήμα 1: Τρισδιάστατη εκτύπωση του περιβλήματος, του καπακιού και της πλακέτας ηλεκτρονικών

Τρισδιάστατη εκτύπωση του περιβλήματος, του καλύμματος και της πλακέτας ηλεκτρονικών. Κατεβάστε τα αρχεία stl εδώ. Τα εξαρτήματα πρέπει να εκτυπώνονται με PLA σε ανάλυση 0,25 mm και 20% πλήρωση, χωρίς σχεδιάκια ή στηρίγματα που είναι απαραίτητα.

Βήμα 2: Προσθέστε κινητήρες, τροχούς και ταινία στο περίβλημα

Κινητήρες: Τοποθετήστε τους βηματικούς κινητήρες στο κάτω μέρος του περιβλήματος (με τα καλώδια να βγαίνουν από την κορυφή των κινητήρων) και ασφαλίστε με βίδες M3x8mm και ροδέλες παξιμαδιών κλειδώματος Μ3, χρησιμοποιώντας κατάλληλο εξάγωνο κλειδί ή κατσαβίδι. Τοποθετήστε τους κόμβους των τροχών στους άξονες και ασφαλίστε σφίγγοντας τις βίδες που έχουν τοποθετηθεί στο επίπεδο τμήμα του άξονα.

Τροχοί: Τεντώστε τους λαστιχένιους δακτυλίους γύρω από το εξωτερικό του δίσκου του τροχού. Συνδέστε τους τροχούς στις πλήμνες των τροχών με τις βίδες 6-32x3/8 . (Οι τροχοί μπορεί να ταιριάζουν σφιχτά γύρω από τον διανομέα. Εάν ναι, τοποθετήστε όσο το δυνατόν καλύτερα, στη συνέχεια σφίξτε αργά τις βίδες λίγο κάθε φορά, μετακινώντας από βίδα σε βίδα και επαναλαμβάνοντας, για να επιτρέψετε στις βίδες να τραβήξουν τον τροχό στη θέση του.)

Προετοιμάστε το καπάκι και το σωλήνα PVC: Προσθέστε αγωγό ή ταινία gaff στο επάνω μέρος του περιβλήματος, έτσι ώστε το καπάκι να γλιστράει με μια άνετη και ασφαλή εφαρμογή. Προσθέστε ταινία στο ένα άκρο του σωλήνα PVC 2,5 ιντσών”” έτσι ώστε να γλιστρήσει στην τρύπα στο καπάκι με μια άνετη και ασφαλή εφαρμογή. Εάν χρειάζεται, μπορεί επίσης να προστεθεί ταινία στο άλλο άκρο του PVC για να εξασφαλιστεί μια άνετη εφαρμογή στην τρύπα στη βάση του κεφαλιού.

Βήμα 3: Προετοιμάστε τον πίνακα ηλεκτρονικών συσκευών

Εφαρμόστε ταινία στον πίνακα ηλεκτρονικών: Προσθέστε αγωγό ή ταινία gaff στις πλευρές του ηλεκτρονικού πίνακα, έτσι ώστε να γλιστρά στις ράγες στο εσωτερικό του περιβλήματος με μια άνετη εφαρμογή.

Γυροσκόπιο/Επιταχυνσιόμετρο MPU-6050: Συγκολλήστε τις ακίδες στο γυροσκόπιο/επιταχυνσιόμετρο MPU-6050, με τη μακριά πλευρά των ακίδων στην ίδια πλευρά της πλακέτας κυκλώματος με τα τσιπ. Χρησιμοποιήστε άφθονη ποσότητα θερμής κόλλας για να στερεώσετε το MPU στο μικρό ράφι που προεξέχει από τη βάση της πλακέτας ηλεκτρονίων, προσανατολισμένο έτσι ώστε οι ακίδες να βρίσκονται στα αριστερά του πίνακα καθώς βλέπετε στο ράφι.

A4988 Stepper Motor Driver: Χρησιμοποιήστε ένα μικρό κατσαβίδι για να περιστρέψετε το μικρό ποτενσιόμετρο περιορισμού ρεύματος σε κάθε οδηγό βηματικού κινητήρα A4988 δεξιόστροφα όσο πάει. Ξεκολλήστε το χαρτί από την ταινία στις ψύκτρες για τους οδηγούς κινητήρα και εφαρμόστε για να καλύψετε τα τσιπ στη μέση της πλακέτας κυκλώματος. Χρησιμοποιήστε άφθονη θερμή κόλλα για να στερεώσετε τους οδηγούς κινητήρα (με τα ποτενσιόμετρα προς τα πάνω) στο πλάι της ηλεκτρονικής πλακέτας απέναντι από το ράφι με το MPU, με τους πείρους να προεξέχουν μέσα από τα δύο ζεύγη κάθετων σχισμών στο επάνω μέρος της πλακέτας ηλεκτρονικών συσκευών (προσέξτε να μην κολλήσετε κόλλα στις καρφίτσες, οι οποίες πρέπει να προεξέχουν στην ίδια πλευρά με το MPU). Περάστε ένα φερμουάρ μέσα από τις μικρές τρύπες πάνω από κάθε πρόγραμμα οδήγησης κινητήρα για να το στερεώσετε περαιτέρω στη θέση του.

Μικροελεγκτής ESP32: Τοποθετήστε ένα καλώδιο micro USB στο βύσμα του μικροελεγκτή ESP32 (αυτό θα χρησιμοποιηθεί για να κρατήσει το άκρο της πλακέτας κυκλώματος σε μικρή απόσταση από την πλακέτα ηλεκτρονικών, έτσι ώστε να είναι δυνατή η πρόσβαση στο βύσμα μετά την εγκατάσταση του ESP32 κολλημένο στη θέση του). Τοποθετήστε το ESP32 με το βύσμα στα δεξιά καθώς βλέπετε την πλευρά του τσιπ και χρησιμοποιήστε άφθονη κόλλα για να το στερεώσετε στην πλακέτα κυκλώματος, με τις ακίδες να προεξέχουν μέσω των οριζόντιων σχισμών στη μέση της πλακέτας στο πλάι με το MPU (πάρτε φροντίστε να μην κολλήσετε στις ακίδες ή στο καλώδιο USB). Αφού σκληρύνει η κόλλα, αφαιρέστε το καλώδιο USB.

Βήμα 4: Ηλεκτρονικά κυκλώματα

Γενικές οδηγίες: Ακολουθήστε το διάγραμμα κυκλώματος (κατεβάστε το παρακάτω pdf για έκδοση υψηλής ανάλυσης) για να δημιουργήσετε τις καλωδιώσεις που είναι απαραίτητες για τη σύνδεση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Οι συνδέσεις μεταξύ δύο ακίδων μπορούν να γίνουν απευθείας με ενιαία καλώδια γυναικών-θηκών. Συνδέσεις μεταξύ 3 ή περισσότερων ακίδων μπορούν να γίνουν με τις πιο πολύπλοκες καλωδιώσεις που περιγράφονται παρακάτω. Οι ιμάντες μπορούν να δημιουργηθούν κόβοντας τα άλματα γυναικών-γυναικών στη μέση και στη συνέχεια να τα κολλήσουν μαζί με άλλα εξαρτήματα (αντιστάσεις, πυκνωτής, βύσματα, κοντά καλώδια) ανάλογα με την περίπτωση. Σε όλες τις περιπτώσεις, χρησιμοποιήστε σωλήνες συρρίκνωσης θερμότητας για να μονώσετε την κόλλα συγκόλλησης.

Πακέτα μπαταρίας: Βεβαιωθείτε ότι οι μπαταρίες μπορούν να γλιστρήσουν στις υποδοχές στη βάση του περιβλήματος εκτύπωσης 3D. Εάν δεν ταιριάζουν, χρησιμοποιήστε ένα αρχείο για να τα διαμορφώσετε μέχρι να ταιριάζουν. Κολλήστε τα καλώδια από δύο θηλυκά βύσματα σύνδεσης JST SM (αφήνοντας περίπου μια ίντσα) και κολλήστε ένα στα καλώδια από κάθε μπαταρία.

Κύρια πλεξούδα ισχύος: Η κύρια πλεξούδα τροφοδοσίας λαμβάνει είσοδο από δύο αρσενικά βύσματα σύνδεσης JST SM, με το καλώδιο + να συνδέεται με το ένα βύσμα από το άλλο για να συνδέει τις δύο μπαταρίες σε σειρά (με αποτέλεσμα συνδυασμένη είσοδο 12v). Οι άλλοι αγωγοί ενώνονται μέσω του πυκνωτή 100uF (για αιχμές τάσης προσωρινής αποθήκευσης. Το μικρότερο πόδι αυτού του πυκνωτή συνδέεται με το καλώδιο - ενώ το μεγαλύτερο πόδι συνδέεται με το καλώδιο +12v) και με διαχωριστή τάσης που αποτελείται από αντίσταση 10kohm (συνδεδεμένο με το καλώδιο - και μια αντίσταση 26,7kohm (συνδεδεμένη με το καλώδιο +12v), με έναν θηλυκό βραχυκυκλωτήρα μεταξύ των αντιστάσεων να συνδέει το SVP στο ESP32 (αυτό παρέχει μια κλιμακωτή είσοδο με μέγιστο 3,3v που χρησιμοποιείται για παρέχει μια ανάγνωση της τάσης που απομένει στις μπαταρίες). Επιπλέον θηλυκά άλτες παρέχουν +12v (2 άλτες) και - εισόδους (2 άλτες) στα VMOT και τις γειτονικές ακίδες GND, αντίστοιχα, στους οδηγούς βηματισμού. Επιπλέον, ένα Universal Battery Elimination (UBEC) συγκολλάται σε +12v και-καλώδια της κύριας πλεξούδας ισχύος (η είσοδος στο UBEC είναι η πλευρά με τον πυκνωτή σε σχήμα κάννης), με τις +5v και-εξόδους του UBEC συγκολλημένου σε θηλυκό βύσμα JST SM.

Είσοδος 5v στο ESP32: Συγκολλήστε ένα αρσενικό βύσμα σύνδεσης JST SM σε δύο θηλυκά βύσματα βραχυκυκλωτή, για να παρέχετε εισόδους στις εισόδους 5v και GND στο ESP32 από το UBEC (αυτό το βύσμα επιτρέπει την εύκολη αποσύνδεση όταν το ESP32 τροφοδοτείται από το είσοδος micro USB, για όταν ο κωδικός φορτώνεται στον μικροελεγκτή).

Καλώδιο τροφοδοσίας 3.3v: Συγκολλήστε 7 θηλυκά άλτες για να συνδέσετε τον πείρο 3.3v στο ESP32 με τον πείρο VCC στο MPU, τους πείρους VDD και MS1 σε κάθε έναν από τους οδηγούς βηματικού κινητήρα και στον αρσενικό βραχυκυκλωτήρα που παρέχει ισχύ στα μάτια LED. (επιτρέποντας την εύκολη αποσύνδεση της παροχής ρεύματος στα μάτια, όταν το ESP32 τροφοδοτείται από το micro USB ενώ φορτώνεται ο κωδικός).

Εξωτερική ζώνη: Συγκολλήστε 3 θηλυκά άλτες για να συνδέσετε έναν πείρο GND στο ESP32 με τους πείρους GND (δίπλα στον πείρο VDD) σε κάθε έναν από τους οδηγούς βηματικού κινητήρα.

Λουρί ενεργοποίησης Stepper: Συγκολλήστε 3 θηλυκά άλτες για να συνδέσετε τον πείρο P23 στο ESP32 με τους πείρους ENABLE σε κάθε έναν από τους οδηγούς βηματικού κινητήρα.

Ενιαίοι σύνδεσμοι βραχυκυκλωτήρων: Οι μεμονωμένοι άλτες χρησιμοποιούνται για την πραγματοποίηση των ακόλουθων συνδέσεων:

• GND στο ESP32 σε GND στο MPU
• P21 στο ESP32 έως SCL στο MPU
• P22 στο ESP32 σε SDA στο MPU
• P26 στο ESP32 έως DIR στο αριστερό πρόγραμμα οδήγησης stepper
• P25 στο ESP32 έως STEP στο αριστερό πρόγραμμα οδήγησης βηματισμού
• Jumper SLEEP και RESET στο αριστερό βηματικό πρόγραμμα οδήγησης
• P33 στο ESP32 έως DIR στο δεξιό βηματικό πρόγραμμα οδήγησης
• P32 στο ESP32 έως STEP στο δεξιό πρόγραμμα οδήγησης stepper
• Jumper SLEEP και RESET στο δεξιό βηματικό πρόγραμμα οδήγησης

Συνδέστε το UBEC: Το θηλυκό βύσμα JST SM στην έξοδο του UBEC μπορεί να συνδεθεί στο αντίστοιχο αρσενικό βύσμα που παρέχει ισχύ και γείωση στις εισόδους 5v και GND στο ESP32. Ωστόσο, αυτό το βύσμα πρέπει να αποσυνδεθεί όταν το ESP32 τροφοδοτείται από micro USB (π.χ. κατά τη φόρτωση του κώδικα), αλλιώς ένα αντίστροφο ρεύμα από το ESP32 στην κύρια πλεξούδα ισχύος θα διαταράξει τη σωστή λειτουργία του ESP32.

Τοποθετήστε την ηλεκτρονική πλακέτα: Σύρετε την πλακέτα ηλεκτρονικών μέσα στις ράγες στο εσωτερικό του περιβλήματος.

Συνδέστε καλώδια κινητήρα: Συνδέστε τα καλώδια από τον αριστερό κινητήρα στο αριστερό βήμα οδήγησης, με τα μπλε, κόκκινα, πράσινα και μαύρα καλώδια να συνδέονται με τις ακίδες 1Β, 1Α, 2Α και 2Β, αντίστοιχα. Συνδέστε τα καλώδια από το δεξί μοτέρ στο δεξιό βήμα οδήγησης, με τα μπλε, κόκκινα, πράσινα και μαύρα καλώδια να συνδέονται με τις ακίδες 2Β, 2Α, 1Α και 1Β, αντίστοιχα (σημειώστε ότι οι κινητήρες είναι ενσύρματοι με τη μορφή καθρέφτη, καθώς έχουν αντίθετους προσανατολισμούς). Τοποθετήστε την περίσσεια καλωδίωση κινητήρα στο κάτω μέρος του περιβλήματος.

Συνδέστε τις μπαταρίες: Σύρετε τις μπαταρίες στις τσέπες τους στο περίβλημα και συνδέστε τα θηλυκά βύσματα σύνδεσης JST SM στα αντίστοιχα αρσενικά βύσματα στην είσοδο στην κύρια πλεξούδα ισχύος (τα καλώδια από την μπροστινή μπαταρία μπορούν να καθοδηγηθούν μέσω τρύπα στο κέντρο της πλακέτας ηλεκτρονικών για να αποκτήσετε πρόσβαση στο βύσμα στο πίσω μέρος). Οι μπαταρίες μπορούν να αποσυνδεθούν για εύκολη τοποθέτηση φρέσκων μπαταριών. Η ενεργοποίηση του διακόπτη τροφοδοσίας σε οποιαδήποτε μπαταρία στη θέση απενεργοποίησης θα αποσυνδέσει το ρεύμα στο κύκλωμα (αφού τα πακέτα είναι σε σειρά) - οι διακόπτες στις πλάτες του bot πρέπει να είναι ενεργοποιημένοι για να ενεργοποιηθεί το κύκλωμα.

Βήμα 5: Προετοιμάστε το κεφάλι και τα μάτια

Επιμηκύνετε την τρύπα στη βάση του κεφαλιού: Χρησιμοποιήστε το τρυπάνι 1 για να αυξήσετε το βάθος της τρύπας στο κάτω μέρος του κεφαλιού, έτσι ώστε να τελειώνει πάνω από το ύψος των ματιών (είναι χρήσιμο να βάλετε ένα μικρό κομμάτι ταινίας σε κατάλληλη θέση στον άξονα του δυαδικού ψηφίου για να δείξει πότε έχει επιτευχθεί το κατάλληλο βάθος). Σπρώξτε το κομμάτι 2-3”στην τρύπα πριν από τη διάτρηση, ώστε να μην καταστραφεί το άνοιγμα της οπής (θα θέλετε μια σφιχτή εφαρμογή στο σωλήνα PVC που θα το ασφαλίσει στο καπάκι του περιβλήματος). Αποθηκεύστε μερικά από τα μεγαλύτερα κομμάτια φελιζόλ για να ξαναγεμίσετε τα μάτια αργότερα.

Δημιουργήστε γάντζους για ώθηση/τράβηγμα καλωδίων: Στο ένα άκρο μιας άκαμπτης μεταλλικής ράβδου, λυγίστε ένα μικρό σχήμα Ν (αυτό θα χρησιμοποιηθεί για να σπρώξετε τα καλώδια για την τροφοδοσία των οφθαλμών LED μέσω της κεφαλής φελιζόλ). Λυγίστε ένα μικρό γάντζο στο άκρο της άλλης άκαμπτης μεταλλικής ράβδου (αυτό θα χρησιμοποιηθεί για να ψαρέψετε το σύρμα από την τρύπα στο κάτω μέρος του κεφαλιού).

Τρέξτε σύρματα: Δέστε μεγάλους βρόχους στα άκρα των κόκκινων, κίτρινων, πράσινων και μπλε συρμάτων, χρησιμοποιώντας σφιχτούς κόμπους. Δουλεύοντας με ένα σύρμα κάθε φορά, γαντζώστε το βρόχο στο άκρο του γάντζου σε σχήμα Ν και σπρώξτε το μέσα από το μάτι του κεφαλιού, διατηρώντας τη διαδρομή οριζόντια και στοχεύοντας προς την τρύπα στο κέντρο του κεφαλιού. Όταν το σύρμα ωθείται στην τρύπα, χρησιμοποιήστε τη γαντζωμένη ράβδο για να πιάσετε το βρόχο από το κάτω μέρος του κεφαλιού και τραβήξτε το από την τρύπα, βγάζοντας και την άλλη ράβδο από το μάτι (αφήνοντας 2-3 ίντσες σύρμα στο κάτω μέρος του κεφαλιού και κρέμεται από το μάτι). Επαναλάβετε τη διαδικασία με τα άλλα τρία χρωματιστά σύρματα, ακολουθώντας την ίδια διαδρομή από το μάτι στην κεντρική τρύπα (χρησιμοποιήστε μια ετικέτα με φερμουάρ για να στερεώσετε αυτά τα καλώδια μαζί και υποδείξτε ποιο μάτι ελέγχουν). Επαναλάβετε με 4 ακόμη καλώδια στο δεύτερο μάτι.

Προσάρτηση LED RGB: Συντομεύστε τους αγωγούς στα LED RGB, φροντίζοντας να σημειώσετε την κοινή άνοδο (το μεγαλύτερο καλώδιο και σημειώστε τη θέση του R (το μονό καλώδιο στη μία πλευρά της ανόδου, όπως φαίνεται στο διάγραμμα κυκλώματος) και Καλώδια G και B (τα δύο καλώδια στην άλλη πλευρά της ανόδου). Συγκολλήστε τα κατάλληλα καλώδια που κρέμονται από το ένα μάτι στο LED (κόκκινο στην άνοδο, κίτρινο σε R, πράσινο σε G και μπλε σε B), μονώνοντας τις συνδέσεις με σωλήνες συρρίκνωσης θερμότητας. Σπρώξτε τα καλώδια της λυχνίας LED στην κεφαλή, αλλά αφήστε την να προεξέχει λίγο μέχρι να δοκιμαστεί. Επαναλάβετε τη διαδικασία με το άλλο LED και τα καλώδια από το άλλο μάτι.

Συνδέστε καλώδια βραχυκυκλωτήρων: Κολλήστε μια αντίσταση 220 ohm και ένα καλώδιο βραχυκυκλωτήρα με θηλυκό συνδετήρα σε καθένα από τα κίτρινα, πράσινα και μπλε σύρματα που προεξέχουν από το κάτω μέρος του κεφαλιού. Συνδέστε τα δύο κόκκινα καλώδια και κολλήστε τα σε έναν βραχυκυκλωτήρα με έναν αρσενικό σύνδεσμο (σημείωση: αυτός είναι ο μόνος αρσενικός άλτης που απαιτείται στο κύκλωμα).

Συνδέστε τους βραχυκυκλωτήρες και συνδέστε την κεφαλή: Περάστε τους βραχυκυκλωτήρες μέσω του σωλήνα PVC στο πώμα και σύρετε το PVC στην οπή της κεφαλής, στερεώνοντάς το στο καπάκι. Συνδέστε τον αρσενικό βραχυκυκλωτήρα σε έναν γυναικείο βραχυκυκλωτήρα στην πλεξούδα ισχύος 3,3v και τα θηλυκά άλματα RGB στο ESP32 (κίτρινα, πράσινα και μπλε σύρματα του αριστερού ματιού στα P4, P0 και P2, αντίστοιχα, και κίτρινο, πράσινο και μπλε σύρματα του δεξιού ματιού σε P12, P14 και P27, αντίστοιχα). Τέλος, συνδέστε την κεφαλή/το πώμα στο κύριο περίβλημα.

Βήμα 6: Ανεβάστε τον κωδικό και εγκαταστήστε το Σταθμό οδήγησης

Εγκατάσταση του κωδικού HeadBot στο ESP32: Λήψη και εγκατάσταση του Arduino IDE στον υπολογιστή σας. Επισκεφτείτε τη διεύθυνση https://github.com/SouthEugeneRoboticsTeam/ursa και κάντε κλικ στην επιλογή "Λήψη φερμουάρ" κάτω από το πράσινο κουμπί "Κλωνοποίηση ή λήψη". Μετακινήστε το φάκελο με φερμουάρ στο εσωτερικό οπουδήποτε στον υπολογιστή σας και μετονομάστε τον σε "ursa"

Ανοίξτε το ursa.ino χρησιμοποιώντας το Arduino IDE. Στο μενού προτιμήσεων στην ενότητα "Αρχείο", προσθέστε https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json στις διευθύνσεις URL "Πρόσθετοι διαχειριστές πινάκων". Εγκαταστήστε τον πίνακα esp32 από την Espressif Systems στην περιοχή Εργαλεία> Διαχειριστής πλακέτας. Επιλέξτε "esp32 dev module" στην ενότητα Εργαλεία> Πίνακας. Εγκαταστήστε τη βιβλιοθήκη PID by Brett Beauregard κάνοντας κλικ στο "Manage Libraries" στο μενού "Sketch".

Συνδεθείτε στο ESP32 χρησιμοποιώντας το καλώδιο USB-MicroUSB. Επιλέξτε τον πίνακα στην περιοχή Εργαλεία. Πατήστε παρατεταμένα το μικρό κουμπί με την ένδειξη "I00" δίπλα στην υποδοχή micro USB στο ESP32, στη συνέχεια πατήστε το κουμπί μεταφόρτωσης στο Arduino IDE και αφήστε το "I00" όταν το Arduino IDE λέει ότι είναι "Σύνδεση …". Αφού ολοκληρωθεί η μεταφόρτωση, το καλώδιο MicroUSB μπορεί να αποσυνδεθεί.

Εγκατάσταση του σταθμού οδήγησης HeadBot: Λήψη και εγκατάσταση επεξεργασίας στον υπολογιστή σας. Επισκεφτείτε τη διεύθυνση https://github.com/SouthEugeneRoboticsTeam/ursa-ds-prototype και κατεβάστε τον κωδικό. Ανοίξτε το "ursaDSproto.pde" χρησιμοποιώντας το IDE επεξεργασίας. Εγκαταστήστε τις βιβλιοθήκες Ketai, Game Control Plus και UDP μέσω του διαχειριστή βιβλιοθηκών επεξεργασίας (Sketch> Import Library). Εάν εκτελείτε τη μονάδα δίσκου στον υπολογιστή σας, επιλέξτε Λειτουργία Java στο αναπτυσσόμενο μενού στην επάνω δεξιά γωνία του παραθύρου Επεξεργασία. για να το εκτελέσετε σε Android, εγκαταστήστε τη λειτουργία Android για επεξεργασία κάνοντας κλικ στο αναπτυσσόμενο μενού "Java" στην επάνω δεξιά γωνία. Στη συνέχεια, συνδέστε τη συσκευή, ενεργοποιήστε τον εντοπισμό σφαλμάτων USB, επιλέξτε Λειτουργία Android. Για να εκτελέσετε τη μονάδα δίσκου, κάντε κλικ στην επιλογή "Εκτέλεση σκίτσου". Εάν ο υπολογιστής σας είναι συνδεδεμένος σε συσκευή Android, ο σταθμός προγράμματος οδήγησης θα εγκατασταθεί σε αυτήν.

Βήμα 7: Ξεκινήστε τις τιμές PID και HeadBot

Εκκίνηση: Βεβαιωθείτε ότι οι μπαταρίες είναι συνδεδεμένες και ότι η έξοδος UBEC είναι συνδεδεμένη στην υποδοχή εισόδου ESP32. Με το Headbot ξαπλωμένο στο πλάι του σε σταθερή θέση, ενεργοποιήστε σύροντας τον διακόπτη τροφοδοσίας και στις δύο μπαταρίες στη θέση ON, αφήνοντας το Headbot ακίνητο για μερικά δευτερόλεπτα ενώ το γυροσκόπιο ξεκινά. Μετά από μια μικρή καθυστέρηση, θα πρέπει να μπορείτε να δείτε το σήμα wifi Headbot (SERT_URSA_00) στη συσκευή που θα χρησιμοποιήσετε για τον έλεγχο του bot - επιλέξτε το και εισαγάγετε τον κωδικό πρόσβασης "Headbot". Αφού πραγματοποιηθεί μια σύνδεση, εκτελέστε την εφαρμογή σταθμού μονάδας δίσκου στο τηλέφωνο/tablet σας ή εκτελέστε το σενάριο μονάδας δίσκου στην Επεξεργασία στον υπολογιστή σας. Αφού ξεκινήσει το πρόγραμμα και γίνει μια σύνδεση, θα πρέπει να δείτε την τιμή "βήματος" να εμφανίζεται, δείχνοντας την κλίση του Headbot.

Ρύθμιση τιμών PID: Για να μπορείτε να ελέγχετε το Headbot, θα πρέπει να ρυθμίσετε τις τιμές PID. Για την έκδοση του Headbot που περιγράφεται εδώ. Κάνοντας κλικ στο τετράγωνο πάνω αριστερά του σταθμού κίνησης θα εμφανιστούν ρυθμιστικά για την προσαρμογή των τιμών. Τα τρία πρώτα ρυθμιστικά είναι για προσαρμογή των P, I και D για τη γωνία (PA, IA και DA) - αυτές οι τιμές είναι πρωταρχικής σημασίας για να επιτρέψουν στο Headbot να διατηρήσει την ισορροπία του. Τα τρία κάτω ρυθμιστικά είναι για τη ρύθμιση P, I και D για την ταχύτητα (PS, IS και DS) - αυτές οι τιμές είναι σημαντικές για να επιτρέψει στο Headbot να προσαρμόσει σωστά την ταχύτητα οδήγησης σύμφωνα με την είσοδο του χειριστηρίου. Οι καλές τιμές εκκίνησης με αυτήν την έκδοση του Headbot είναι PA = 0,08, IA = 0,00, DA = 0,035, PS = 0,02, IS = 0,00 και DS = 0,006. Αφού ορίσετε αυτές τις τιμές, κάντε κλικ στο πλαίσιο "Αποθήκευση ρύθμισης" στο επάνω αριστερό μέρος του σταθμού κίνησης (αυτό αποθηκεύει τις ρυθμίσεις σε πιο ανθεκτική μορφή που θα επιβιώσει από την επανεκκίνηση του bot).

Δοκιμάζοντας τα πράγματα: Κάντε κλικ στη γραμμή Green Joystick στην επάνω δεξιά γωνία του σταθμού κίνησης για να εμφανιστεί ένα χειριστήριο για τον έλεγχο του ρομπότ. Σταθείτε Headbot επάνω σε έναν σχεδόν ισορροπημένο προσανατολισμό και πατήστε το σκούρο πράσινο τετράγωνο Ενεργοποίηση επάνω δεξιά (πατώντας το γειτονικό κόκκινο πλαίσιο θα απενεργοποιηθεί το bot). Εάν όλα πάνε καλά, θα έχετε ένα Headbot που εξισορροπεί, αλλά πιθανότατα θα χρειαστεί να ρυθμίσετε τις τιμές PID. Υπάρχει συνήθως λίγο I ή D σε σύγκριση με το P, οπότε ξεκινήστε από εκεί. Πολύ λίγο και δεν θα ανταποκρίνεται. Πάρα πολύ και θα ταλαντεύεται μπρος -πίσω. Ξεκινήστε Ξεκινήστε με τις τιμές PID γωνίας, κάνοντας μικρές αλλαγές για να δείτε πώς επηρεάζονται τα πράγματα. Κάποιος όρος D για τον γωνιακό βρόχο μπορεί να βοηθήσει στην ελαχιστοποίηση των ταλαντώσεων, αλλά μια μικρή ποσότητα μπορεί γρήγορα να προκαλέσει πολύ τρεμούλα, οπότε χρησιμοποιήστε με φειδώ. Εάν οι τιμές γωνίας είναι σωστές, το Headbot θα πρέπει να αντισταθεί σε μερικά απαλά χτυπήματα χωρίς να πέσει. Μικρές συσπάσεις αναμένονται ενώ το Headbot είναι ισορροπημένο, αφού οι βηματικοί κινητήρες κινούνται σε μισά βήματα 0,9 μοίρες με κάθε ρύθμιση.

Μόλις επιτευχθεί ισορροπία, δοκιμάστε να οδηγήσετε κάνοντας μικρές κινήσεις του χειριστηρίου, κάνοντας μικρές προσαρμογές των τιμών Speed PID, ώστε το bot να ανταποκρίνεται με ομαλό, χαριτωμένο τρόπο. Η αύξηση του όρου Ι μπορεί να είναι χρήσιμη για να αντιμετωπίσετε το ρομπότ που δεν κολλάει στην καθορισμένη ταχύτητα. Προσοχή, ωστόσο-οι αλλαγές στις τιμές Speed PID θα απαιτήσουν περαιτέρω προσαρμογές στις τιμές PID γωνίας (και αντίστροφα), αφού οι βρόχοι PID αλληλεπιδρούν.

Οι αλλαγές στη συνολική κατανομή βάρους και βάρους του Headbot (όπως όταν φοράτε γυαλιά, μάσκες, περούκες ή καπέλα) θα απαιτήσουν περαιτέρω τροποποίηση των τιμών PID. Επιπλέον, εάν τα κοστούμια απορρίπτουν υπερβολικά το υπόλοιπο, ίσως χρειαστεί να τροποποιήσετε την αρχική τιμή pitchOffset στον κώδικα ursa.ino και να φορτώσετε ξανά τον κωδικό στο ESP32.

Δευτέρα στο διαγωνισμό ρομποτικής