Βήμα-βήμα Εκπαίδευση στη Ρομποτική με Κιτ: 6 Βήματα

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

Μετά από αρκετούς μήνες κατασκευής του δικού μου ρομπότ (ανατρέξτε σε όλα αυτά) και μετά από δύο φορές αποτυχία εξαρτημάτων, αποφάσισα να κάνω ένα βήμα πίσω και να σκεφτώ ξανά τη στρατηγική και την κατεύθυνσή μου.

Η εμπειρία των πολλών μηνών ήταν μερικές φορές πολύ ανταποδοτική και πολλές φορές πολύ απογοητευτική, πολύ σκληρή, πολύ απογοητευτική. Πολλές φορές φαινόταν σαν δύο βήματα μπροστά, ένα βήμα πίσω.

Και υποθέτω ότι αυτό οφείλεται σε συνδυασμό πολλών πραγμάτων.

Ο στόχος μου ήταν να φτιάξω ένα "πραγματικό" ρομπότ - όχι παιχνίδι. Ένα μεγάλο, ισχυρό ρομπότ, με στιβαρά μέρη και πολλή διαθέσιμη ενέργεια μπαταρίας, που θα μπορούσε να λειτουργεί (όλη μέρα;) και επίσης να είναι αυτόνομο. Ότι θα μπορούσε να περιηγηθεί με ασφάλεια σε ολόκληρο το διαμέρισμά μου χωρίς να προκαλέσει (τον εαυτό του ή κανέναν / οτιδήποτε) ζημιά.

Ενώ προχωρούσα τόσο αργά, η έρευνα, η δοκιμή και το λάθος, δοκίμασε αυτό, δοκίμασε αυτό, ήταν πολύ χρονοβόρα και πήρε πολλή ψυχική / συναισθηματική ενέργεια.

Αφού τα ίδια εξαρτήματα αποτύχουν δύο φορές, θα ήταν παράνοια να τα αντικαταστήσουμε για άλλη μια φορά και να συνεχίσουμε.

Με βαριά καρδιά επέλεξα να αφήσω το τρέχον έργο "Wallace" να επιστρέψει στο ράφι, ειδικά επειδή ήμουν τόσο κοντά στο να ενσωματώσω ένα IMU στο λογισμικό λειτουργίας των ρομπότ.

Λοιπόν Τι Να Κάνεις Τώρα

Έτυχε ότι κατά την τελευταία εβδομάδα του ρομπότ "do-it-yourself", στη δουλειά, παρακολουθούσα ένα διαδικτυακό μάθημα λογισμικού. Η πορεία είναι άσχετη - αυτό που μου έκανε εντύπωση ήταν πόσο καλό ήταν. Ο εκπαιδευτής ουσιαστικά οδήγησε τον θεατή από το χέρι, βήμα προς βήμα, και κάποιος μπορούσε να ακολουθήσει, να διακόψει το βίντεο, να κάνει το πρόβλημα προγραμματισμού (μόνο ένα μικρό κομμάτι κάθε φορά) και στη συνέχεια να δει πώς η λύση κάποιου ταιριάζει με αυτή του εκπαιδευτή.

Και - ακόμα καλύτερα - ολόκληρη η σειρά περιστρέφεται γύρω από ένα πραγματικό έργο λογισμικού, το οποίο είναι στην πραγματικότητα εύκολα χρήσιμο για πραγματικές ανάγκες επιχειρηματικών ιστότοπων.

Wasταν τόσο ανταποδοτικό, τόσο ΟΧΙ αγχωτικό, να μην αναρωτιέμαι "τι πρέπει να μάθω στη συνέχεια; Πώς θα μπορούσα να κάνω / μαθαίνω το" X "";

Έτσι, ανάμεσα σε ό, τι συνέβαινε στη δουλειά, και τα μέρη που αποτύχουν στο σπίτι και εγώ που εξαντληθήκαμε από την προσπάθεια, που ήθελα κάτι παρόμοιο με το διαδικτυακό μάθημα που πήρα για δουλειά - αλλά αυτό ήταν για εκμάθηση ρομποτικής Το

Αυτό που ΔΕΝ ήθελα, είναι να επαναλάβω τους τελευταίους μήνες. Δεν ήθελα να αγοράσω ακόμη ένα κιτ ρομπότ και στη συνέχεια να βρω κάτι ακόμα για να το κάνω αυτό που θέλω να κάνει. Και επίσης δεν ήθελα μια πλήρως κατασκευασμένη, έτοιμη λύση, γιατί τότε τι θα μάθαινα; Έχω ήδη κάνει το "assemble-your-first-robot".

Βήμα 1: Η ρομποτική είναι…

Το πρόβλημα με την πραγματική εκμάθηση ρομποτικής είναι ότι εμπλέκονται τόσα πολλά. Είναι η τομή τουλάχιστον (αν όχι περισσότερων) αυτών:

• μηχανολογία
• ηλεκτρολογικής / ηλεκτρονικής μηχανικής
• μηχανική λογισμικού

Κάθε ένα από τα παραπάνω μπορεί να επεκταθεί περαιτέρω (κάτι που δεν θα κάνω εδώ). Το θέμα είναι: υπάρχουν πολλά να μάθουν.

Αποφάσισα να ακολουθήσω μια προσέγγιση με δύο άξονες, και έτσι αυτό το "Διδάξιμο", για να το λάβετε υπόψη σας ο αναγνώστης. Αποφάσισα να ασχοληθώ ή να ξεκινήσω ταυτόχρονα σε δύο διαφορετικές αλλά συμπληρωματικές κατευθύνσεις.

• Επανεξέταση / Βελτίωση Ενεργοποίησης / Μάθετε / Επέκταση ανάλυσης κυκλώματος DC και AC
• Βρείτε ένα μάθημα / πρόγραμμα που είναι ένας συνδυασμός θεωρίας / διάλεξης και πρακτικών και περιστρέφεται γύρω από ένα κιτ ρομπότ.

Βήμα 2: Ηλεκτρολόγος Μηχανικός DC και AC

Ο λόγος που θέλω να αφιερώσω χρόνο για να μάθω και να αναθεωρήσω αυτόν τον τομέα είναι επειδή τα μέρη του ρομπότ πιθανότατα απέτυχαν λόγω της έλλειψης παροχής κατάλληλης προστασίας κυκλώματος σε ορισμένες περιοχές. Αν αναθεωρήσετε τα Instructables που σχετίζονται με το ρομπότ, εξακολουθώ να πιστεύω ότι είναι πολύ καλά και χρήσιμα, ακόμη και τώρα. Wasταν μόνο ένα συγκεκριμένο τμήμα τμημάτων που απέτυχαν, και μόνο μετά από κάποιο χρονικό διάστημα.

Για να είμαστε συγκεκριμένοι, το ρομπότ περιελάμβανε μια επιφάνεια ανώτατου επιπέδου πάνω στην οποία υπήρχε αυτό που ονομάζω "κύκλωμα υποστήριξης". Αυτά είναι τα κυκλώματα επέκτασης θύρας GPIO και αισθητήρων, πίνακες διαρροής, τσιπ, διανομή ισχύος και καλωδίωση που απαιτούνται για την παρακολούθηση και τον έλεγχο όλων των ειδών αισθητήρων, προκειμένου το ρομπότ να είναι ασφαλές και αυτόνομο.

Onlyταν μόνο μερικά από αυτά τα μέρη που απέτυχαν - αλλά ήταν αποτυχημένα.

Έγραψα σε ένα φόρουμ μηχανικής και έλαβα απαντήσεις. Wasταν ο όγκος των λεπτομερειών και το επίπεδο των απαντήσεων που πραγματικά με έπιασαν στο σπίτι ότι απλά δεν είμαι προετοιμασμένος για το επίπεδο του ρομπότ που έχω στο μυαλό μου.

Υπάρχει ένας κόσμος διαφοράς μεταξύ ενός μικρού κιτ ρομπότ που έχει δύο φθηνούς κινητήρες, ίσως έναν ελεγκτή κινητήρα 2/3 Amp, ίσως μερικούς αισθητήρες, που μπορείτε να μεταφέρετε στο ένα χέρι - και έναν που ζυγίζει πάνω από 20 κιλά και έχει πολύ ισχυροί κινητήρες 20Α και πάνω από 15 αισθητήρες, που μπορούν να κάνουν πραγματική ζημιά εάν κάτι πάει στραβά.

Έτσι, ήρθε η ώρα να ρίξουμε μια άλλη ματιά στα ηλεκτρονικά DC και AC. Και βρήκα αυτόν τον ιστότοπο:

DVD μαθηματικών μαθημάτων. Βρήκα ότι ο τίτλος ήταν κάπως χαζός και ξεπερασμένος. Δεν έχω δει καν CD ή DVD εδώ και χρόνια. Σωστά?

Αλλά το έριξα μια ματιά. Και τελικά εγγραφώ και τώρα μπορώ να μεταδώσω βίντεο όλη μέρα αν το επιθυμώ. Όλα για $ 20 USD ανά μήνα. Μέχρι στιγμής έχω καλύψει τον Τόμο 1.

Σκεφτείτε να είστε σε μια τάξη με έναν καθηγητή στο μπροστινό μέρος, με έναν πίνακα, να εισάγετε θέματα, να τα επεξεργαστείτε και μετά είναι πρακτική, πρακτική, εξάσκηση. Και αυτό είναι αυτό το site.

Τελικά έπρεπε να χτυπήσουμε άλγεβρα μήτρας επειδή τα κυκλώματα είχαν πάρα πολλές ταυτόχρονες εξισώσεις με παρόμοιο αριθμό αγνώστων. Αλλά αυτό είναι εντάξει. Περνάει την άλγεβρα αρκετά για να ξεπεράσει τα προβλήματα. Εάν ο μαθητής θέλει περισσότερα, υπάρχουν επίσης ξεχωριστά μαθήματα φυσικής μαθηματικών. Beenταν ένα πολύ καλό πρόγραμμα μέχρι τώρα.

Η ελπίδα μου είναι ότι μέχρι να περάσω από αυτά τα μαθήματα, θα φτάσω στις απαντήσεις στα προβλήματά μου με την αποτυχία των εξαρτημάτων μου και θα είμαι έτοιμος για μελλοντική ρομποτική στον τομέα των ηλεκτρονικών.

Βήμα 3: Εκπαίδευση και έργο ρομποτικής

Εδώ όμως είναι το καλύτερο μέρος. Το προηγούμενο βήμα μπορεί να είναι λίγο στεγνό και όχι ανταποδοτικό. (Αν και, μόλις περάσετε ένα συγκεκριμένο σημείο, θα μπορείτε να επιλέξετε τα δικά σας μέρη, να σχεδιάσετε το δικό σας κύκλωμα και να δημιουργήσετε ό, τι θέλετε. Πείτε ότι θέλετε να φτιάξετε (μόνο για διασκέδαση) έναν ραδιοφωνικό πομπό και έναν δέκτη. Πείτε ότι θέλετε να είναι με τη δική σας επιλογή συχνότητας και πρωτοκόλλου. Θα ξέρετε πώς να σχεδιάσετε τα δικά σας κυκλώματα.)

Υπάρχει κάτι άλλο που πρέπει να κάνετε ταυτόχρονα: ένα μάθημα ρομποτικής. Ένα πραγματικό μάθημα ρομποτικής.

(Εάν θέλετε μόνο η πλακέτα μικροελεγκτή να κάνει το δικό σας (συνθέτω μια σειρά οδηγιών που μπορεί να είναι χρήσιμα), ο ίδιος ο πίνακας ανάπτυξης MSP432 είναι σχετικά φθηνός με περίπου $ 27 USD. Μπορείτε να ελέγξετε με Amazon, Digikey, Newark, Element14 ή Mouser.)

Συμβαίνει ότι πρόσφατα, η Texas Instruments δημιούργησε μια τόσο ολοκληρωμένη πορεία. Το κιτ εκμάθησης TI Robotics Systems. Παρακαλώ μην αφήσετε το κομμάτι "κιτ" να σας ξεγελάσει. Αυτό είναι κάτι περισσότερο από ένα "χτίσιμο ενός άλλου μικρού κιτ ρομπότ". Παρακαλώ ρίξτε μια σοβαρή ματιά σε αυτόν τον σύνδεσμο.

Μου κόστισε $ 200 USD για ένα πλήρες κιτ. Μπορείτε επίσης να δείτε το συνημμένο βίντεο που έβαλα για αυτό το Βήμα.

Δείτε όλες αυτές τις ενότητες μάθησης:

• Ξεκινώντας
• Ενότητα 1 - Εκτέλεση κώδικα στο LaunchPad χρησιμοποιώντας CCS (οι παρατηρήσεις μου στο εργαστήριο 1)
• Ενότητα 2 - Τάση, Ρεύμα και Ισχύς (γεννήτρια σήματος και οδηγίες χρήσης χωρητικότητας που αναπτύχθηκαν από το εργαστήριο 2)
• Ενότητα 3 - ARM Cortex M (εδώ είναι το Lab 3 notes Instructable - σύγκριση συναρμολόγησης με "C")
• Ενότητα 4 - Σχεδιασμός λογισμικού με χρήση MSP432 (βίντεο σημειώσεων Lab 4, βίντεο #2 του Lab 4)
• Ενότητα 5 - Κανονισμός μπαταρίας και τάσης
• Ενότητα 6 - GPIO (δείτε ένα εργαστήριο 6 Instructable Part 1, Part 2, and Part 3 αλλά με έμφαση στον προγραμματισμό συναρμολόγησης)
• Ενότητα 7 - Μηχανές Πεπερασμένης Κατάστασης (Εργαστήριο 7 Συναρμολόγηση Μέρος 1)
• Ενότητα 8 - Διασύνδεση εισόδου και εξόδου
• Ενότητα 9 - Χρονοδιακόπτης SysTick
• Ενότητα 10 - Αποσφαλμάτωση συστημάτων σε πραγματικό χρόνο
• Ενότητα 11 - Οθόνη υγρών κρυστάλλων
• Ενότητα 12 - Κινητήρες DC
• Ενότητα 13 - Χρονοδιακόπτες
• Ενότητα 14 - Συστήματα σε πραγματικό χρόνο
• Ενότητα 15 - Συστήματα απόκτησης δεδομένων
• Ενότητα 16 - Στροφόμετρο
• Ενότητα 17 - Συστήματα ελέγχου
• Ενότητα 18 - Σειριακή επικοινωνία
• Ενότητα 19 - Bluetooth Low Energy
• Ενότητα 20 - Wi -Fi
• Ανταγωνιστείτε τις Προκλήσεις

Αυτό το βίντεο από την TI μπορεί να πει αυτό που ήθελα να εκφράσω πολύ καλύτερα από ό, τι μπορώ.

Βήμα 4: Χρησιμοποιήστε το Πρόγραμμα Σπουδών Ρομποτικής ως αφετηρία

Αν και δεν είναι εύκολο, ή όχι όπως απαγορεύεται, θα μπορούσατε να επεκταθείτε στις διαλέξεις, τα εργαστήρια, τις δραστηριότητες κ.λπ., που προσφέρει το πρόγραμμα σπουδών.

Για παράδειγμα, έχω συνδέσει κάποια άλλα Instructables σε αυτό (δείτε το προηγούμενο βήμα που απαριθμεί όλες τις ενότητες εκμάθησης) όπου προσπάθησα είτε να επεκταθώ κάνοντας περισσότερα με τα ηλεκτρονικά (πυκνωτές) είτε να προσπαθήσω να γράψω τον κώδικα σε συναρμολόγηση εκτός από τη συγγραφή του στο C.

Όσο περισσότερο γνωρίζετε τον προγραμματισμό συναρμολόγησης, τόσο καλύτερος προγραμματιστής γλωσσών υψηλότερου επιπέδου μπορείτε να είστε. τις καλύτερες επιλογές που θα κάνετε σε έργα.

Βήμα 5: Arduino Vs MSP432 (εργασία σε εξέλιξη)

Δεν το ήξερα με βεβαιότητα εκείνη τη στιγμή, αλλά είχα αυτή την εντύπωση… εδώ είναι ένα απόσπασμα από ένα άρθρο που μπορεί να το εκφράσει καλύτερα από εμένα:

Διαφορές μεταξύ Arduino και MSP432401R: Τώρα, θα δούμε γιατί επιλέξαμε το MSP432 σε αντίθεση με το πολύ δημοφιλές Arduino. Το Arduino μπορεί να είναι αρκετά απλό στον προγραμματισμό και το πρωτότυπο λόγω όλων των διαθέσιμων API, αλλά όταν πρόκειται για καλύτερο έλεγχο του υλικού, το MSP432 έχει το πλεονέκτημα. Με τη βοήθεια του CCS, δεν μπορούμε να έχουμε πρόσβαση μόνο στο χώρο διευθύνσεων του MSP432 αλλά και εμείς μπορεί να αλλάξει τιμές διαφορετικών καταχωρητών που θα επηρεάσουν κατάλληλα διαφορετικές ρυθμίσεις. Το Arduino δεν είναι απλώς ένας μικροελεγκτής, είναι ουσιαστικά σαν ένα περιτύλιγμα γύρω από έναν μικροελεγκτή. Το Arduino είναι σαν μια μαγειρεμένη πίτα, ενώ το MSP432 είναι σαν ένα ωμό πορτοκάλι που πρέπει να μαγειρεύουμε μόνοι μας. Ας ελπίσουμε ότι αυτό διευκρινίζει τις διαφορετικές εφαρμογές και των δύο. Για τα πρώτα στάδια μπορεί να χρησιμοποιηθεί το Arduino, αλλά όταν η απόδοση είναι κρίσιμη, το TI MSP432 λειτουργεί πολύ καλύτερα λόγω του ελέγχου του υλικού.

Αυτό το απόσπασμα είναι παρμένο από εδώ.

Βήμα 6: Raspberry Pi 3 B Vs MSP432 (εργασία σε εξέλιξη)

Η σύγκριση δεν είναι πραγματικά δίκαιη, καθώς το Pi είναι πραγματικά ένας μικροϋπολογιστής και το MSP είναι ένας μικροελεγκτής.

Ωστόσο, με το T. I. Μαθήματα Robotics Kit, χρησιμοποιείται ως εγκέφαλος για ένα ρομπότ.

Προφανώς, το Pi έχει πολύ περισσότερη μνήμη.

Το Pi, που τρέχει απόθεμα Raspbian, δεν είναι λειτουργικό σύστημα σε πραγματικό χρόνο. Αυτό το μειονέκτημα θα μπορούσε να εμφανιστεί εάν ενδιαφέρεστε να λάβετε ακριβείς μετρήσεις (χρονισμό) από έναν αισθητήρα.

Το MSP στον πίνακα ανάπτυξης περιλαμβάνει δύο LED γενικής χρήσης (τουλάχιστον ένα, ίσως και τα δύο, είναι RGB) και ο πίνακας περιλαμβάνει επίσης δύο διακόπτες στιγμιαίου κουμπιού γενικής χρήσης.