Balancing Robot / Robot Roda 3 / Robot STEM: 8 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Kami telah membangun keseimbangan gabungan dan robot 3 roda untuk penggunaan pendidikan di sekolah dan program pendidikan setelah sekolah. Robot didasarkan pada Arduino Uno, pelindung khusus (semua detail konstruksi disediakan), paket baterai Li Ion (semua detail konstruksi disediakan) atau paket baterai 6xAA, MPU 6050, modul bluetooth BLE, modul ultrasonik (opsional).) dan servo untuk menggerakkan lengan. Tersedia juga materi pendidikan ekstensif yang siap digunakan di ruang kelas.

Dokumen terlampir adalah instruksi yang diberikan kepada anak-anak untuk membuat robot dalam serangkaian langkah yang memberikan pembelajaran pendidikan di setiap langkah. Ini adalah dokumen yang diberikan kepada sekolah dan program setelah sekolah.

Ada 7 latihan yang bisa dilakukan sebelum sketsa robot full balaning / 3 roda diunggah. Setiap latihan berfokus pada aspek tertentu dari robot, mis. sensor accerometer/gyroscope, berinteraksi dengan aplikasi ponsel pintar menggunakan bluetooth, sensor ultasonic, servo dll. Latihan diintegrasikan ke dalam konstruksi fisik robot, jadi ketika cukup banyak robot yang dibangun untuk melakukan latihan, sketsa untuk latihan dapat diunggah dan dilakukan. Ini membantu memfokuskan kesenangan membangun robot dengan pembelajaran pendidikan.

Diputuskan untuk menggunakan Arduino Uno karena sangat umum dan digunakan di banyak lingkungan pendidikan. Kami juga telah menggunakan, selain perisai, modul standar yang tersedia. Sasis dicetak 3D dan desain tersedia di TinkerCAD.

Kami juga menemukan bahwa robot ini membantu menginspirasi dan memberikan kepercayaan diri pada anak-anak untuk berpikir tentang membangun kreasi mereka sendiri dan tidak sulit untuk melakukannya.

Semua sketsa dikomentari dengan baik dan siswa yang lebih mahir dapat memodifikasi atau menulis sketsa mereka sendiri. Robot dapat membentuk platform umum untuk belajar tentang Arduino dan elektronik.

Robot ini juga bekerja dengan aplikasi "LOFI blocks" (https://lofiblocks.com/en/), sehingga anak-anak dapat menulis kode sendiri di lingkungan grafis yang mirip dengan SCRATCH.

Perhatikan video di atas menunjukkan model tanda 1, robot sekarang menggunakan aplikasi bluetooth RemoteXY (yang tersedia untuk perangkat Android dan Apple), MPU 6050 sekarang terletak di pelindung robot (bukan di penggeser di bagian bawah robot - meskipun Anda masih dapat menemukannya di sana jika Anda mau) dan memiliki sensor ultrasonik opsional yang dapat dipasang ke pelindung.

Ucapan terima kasih:

(1) sudut pitch dan kontrol PID didasarkan pada perangkat lunak oleh Brokking:

(2) Aplikasi RemoteXY:

(3) Blok LOFI dan aplikasi Robot LOFI:

(4) lengan berdasarkan jjrobots:

(5) semua sketsa disimpan di Arduino Create:

(6) Desain 3D disimpan di TinkerCAD:

Penafian: Materi ini disediakan apa adanya, tanpa jaminan kebenaran atau materi ini. Penggunaan aplikasi iPhone dan Android pihak ketiga yang disebutkan dalam dokumen ini merupakan risiko pengguna sendiri. Robot dapat menggunakan paket baterai Lithium Ion, penggunaan baterai dan paket daya adalah risiko pengguna sendiri. Penulis tidak bertanggung jawab atas kerugian yang diderita oleh orang atau organisasi mana pun yang menggunakan bahan ini atau dari pembuatan atau penggunaan robot.

Langkah 1: Daftar Bagian

Untuk membuat robot dari awal, ada banyak langkah dan akan memakan banyak waktu dan perawatan. Anda akan membutuhkan printer 3D, dan pandai menyolder dan membangun sirkuit elektronik.

Bagian-bagian yang diperlukan untuk membuat robot adalah:

(1) Cetak 3D chasis dan ekstensi roda kastor

(2) Arduino Uno

(3) Bangun perisai robot

(4) MPU 6050, modul Bluetooth AT9 BLE, modul ultrasonik opsional (semua dicolokkan ke pelindung)

(5) servo SG90

(6) motor dan roda TT

(7) Membangun power pack (baik baterai 6xAA atau baterai Li Ion)

File terlampir menjelaskan cara mendapatkan dan membuat semua bagian kecuali paket daya Li Ion dan pelindung robot, yang dibahas dalam langkah selanjutnya.

Langkah 2: Perisai Robot

Desain PCB untuk perisai robot dilakukan di Fritzing, terlampir adalah file Fritzing jika Anda ingin memodifikasi desain.

Juga terlampir adalah file gerber untuk PCB pelindung, Anda dapat mengirim file-file ini ke produsen PCB agar mereka dapat membuat pelindung.

Misalnya, produsen berikut dapat membuat 10 x papan PCB dengan harga sekitar $5 + ongkos kirim:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

Juga terlampir adalah dokumen make untuk perisai.

Langkah 3: Paket Daya

Anda dapat membuat paket baterai 6xAA atau baterai Li Ion untuk robot. Instruksi untuk keduanya terlampir.

Paket baterai AA jauh lebih mudah dibuat. Namun baterai hanya bertahan sekitar 20/30 menit sebelum perlu diganti. Juga servo tidak dapat digunakan dengan baterai AA sehingga tidak ada lengan yang bergerak.

Paket baterai Li Ion dapat diisi ulang dan bertahan sekitar 60 menit plus di antara pengisian ulang (tergantung pada kapasitas baterai yang digunakan). Namun, baterai Li Ion lebih sulit dibuat dan menggunakan baterai Li Ion, baterai Li Ion perlu ditangani dengan hati-hati.

Paket baterai Li Ion mencakup sirkuit perlindungan, yang melindungi baterai dari kelebihan dan kekurangan daya dan membatasi arus maksimum hingga 4 Amps. Ini juga menggunakan modul pengisian Li Ion.

Anda dapat menggunakan paket baterai Li Ion apa pun yang memiliki output kira-kira 7,2 volt, tetapi Anda perlu membuat kabel dengan steker pelindung robot yang sesuai.

Beri tahu saya jika Anda memiliki paket daya alternatif yang bagus. Alasan saya membuat paket Li Ion ini adalah karena paket ini menggunakan satu sel Li Ion yang berarti ukurannya relatif kecil dan dapat diisi daya dari pengisi daya USB mikro atau dari port USB apa pun termasuk komputer. Paket daya Li Ion Saya telah melihat sekitar 7,2 volt menggunakan 2 sel dan memerlukan pengisi daya khusus, yang meningkatkan biaya dan tidak nyaman untuk diisi.

Jika Anda memilih untuk membuat paket baterai Li Ion (atau menggunakan paket baterai Li Ion apa pun), Anda harus mengetahui masalah keamanan dengan baterai tersebut, mis.

Langkah 4: Latihan Robot dan Sketsa

Setelah Anda mendapatkan semua bagian, saat Anda membuat robot, Anda dapat melakukan latihan pemrograman di sepanjang jalan jika Anda mau. Latihan-latihan ini beserta penjelasannya tersedia di Arduino Create – tautan di bawah ini membawa Anda ke latihan Arduino Create – Anda kemudian dapat membuka dan menyimpan latihan di login Arduino Create Anda.

Untuk mengunggah sketsa ke robot, pastikan ponsel Anda tidak terhubung ke robot melalui Bluetooth - koneksi Bluetooth mencegah pengunggahan terjadi. Meskipun umumnya tidak diperlukan, pin untuk modul Bluetooth adalah 123456.

Latihan 3, 5 dan 7 menggunakan aplikasi ponsel pintar "robot LOFI" (atau aplikasi "joystick BLE" - meskipun aplikasi ini tidak selalu berfungsi dengan perangkat Apple).

Latihan 8 (sketsa robot lengkap) menggunakan aplikasi ponsel pintar "RemoteXY" untuk mengontrol robot.

Sketsa LOFI Blocks menggunakan aplikasi "LOFI Blocks". (perhatikan aplikasi ini berfungsi paling baik di perangkat Apple).

Saat Anda memuat latihan ke Arduino Create, selain sketsa arduino, ada sejumlah tab lain yang memberikan informasi tentang latihan tersebut.

Latihan 1: Dasar-dasar Arduino – kedipkan LED pada pelindung kontrol robot berwarna merah dan hijau. Anda dapat melakukan latihan ini setelah Langkah (3) dalam konstruksi.

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

Latihan 2: Sensor Gyro – membiasakan diri dengan gryo dan akselerometer. Anda dapat melakukan latihan ini setelah Langkah (4) dalam konstruksi. Anda perlu menggunakan "Serial Monitor", dengan baud rate diatur ke 115200.

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

Latihan 3: Tautan Bluetooth – buat tautan Bluetooth, gunakan aplikasi ponsel pintar untuk menghidupkan dan mematikan LED pada pelindung kontrol robot. Anda dapat melakukan latihan ini setelah Langkah (5) dalam konstruksi.

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

Latihan 4: Sensor jarak ultrasonik (opsional) – membiasakan diri dengan sensor ultrasonik. Anda dapat melakukan latihan ini setelah Langkah (5) dalam konstruksi. Anda perlu menggunakan "Serial Monitor", dengan baud rate diatur ke 115200.

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

Latihan 5: Mekanisme servo – membiasakan diri dengan mekanisme servo dan menggerakkan lengan, gunakan aplikasi ponsel pintar untuk mengontrol sudut lengan servo. Anda dapat melakukan latihan ini setelah Langkah (8) dalam konstruksi. Anda perlu menggunakan "Serial Monitor", dengan baud rate diatur ke 115200.

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

Latihan 6: Menggerakkan motor – membiasakan diri dengan motor, menjalankan motor penggerak maju dan mundur. Membutuhkan baterai untuk dihidupkan. Anda perlu menggunakan "Serial Monitor", dengan baud rate diatur ke 115200.

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

Latihan 7: Mobil Dasar – membuat mobil roda tiga sederhana (robot dengan lampiran roda ke-3), kami menggunakan aplikasi ponsel pintar untuk mengontrol mobil. Juga menggunakan sensor ultrasonik untuk mengikuti tangan Anda. Anda dapat melakukan ini pada titik yang sama dalam konstruksi seperti di atas. Membutuhkan baterai untuk dihidupkan dan memasukkan attachment roda ke-3.

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

Latihan 8: Robot penyeimbang penuh – kode untuk robot penyeimbang penuh/roda tiga. Gunakan aplikasi ponsel pintar "RemoteXY" untuk mengontrol robot.

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

LOFI Blocks Sketch – untuk menggunakan aplikasi "LOFI Blocks", unggah sketsa ini ke dalam robot. Anda kemudian dapat memprogram robot menggunakan aplikasi "LOFI Blocks" yang menggunakan blok pemrograman yang mirip dengan SCRATCH.

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

Latihan 9: Robot Line Tracing. Dimungkinkan untuk menambahkan dua sensor pelacakan garis, dan menggunakan steker ultrasonik untuk menghubungkan sensor pelacakan garis ke robot. Catatan, sensor terhubung ke pin digital D2 dan D8.

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

Latihan 10: Kontrol Bluetooth. Menggunakan Bluetooth dan aplikasi telepon (RemoteXY) untuk mengontrol LED robot dan mekanisme servo. Dalam latihan ini siswa belajar tentang Bluetooth, cara menggunakan aplikasi telepon untuk mengontrol hal-hal dunia nyata dan belajar tentang LED dan mekanisme servo.

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

Langkah 5: Menyeimbangkan Matematika Robot dan Struktur Program

File terlampir memberikan gambaran tentang matematika dan struktur perangkat lunak dari bagian penyeimbang robot.

Matematika di balik robot penyeimbang lebih sederhana dan lebih menarik dari yang Anda kira.

Untuk siswa sekolah yang lebih maju dimungkinkan untuk menghubungkan matematika robot penyeimbang, dengan studi matematika dan fisika yang mereka lakukan di sekolah menengah.

Dalam matematika robot dapat digunakan untuk menunjukkan bagaimana trigometri, diferensiasi dan integrasi diterapkan di dunia nyata. Kode menunjukkan bagaimana diferensiasi dan integrasi dihitung secara numerik oleh komputer, dan kami telah menemukan bahwa siswa mendapatkan pemahaman yang lebih dalam tentang konsep-konsep ini.

Dalam fisika akselerometer dan giroskop memberikan wawasan tentang hukum gerak, dan pemahaman praktis tentang hal-hal seperti mengapa pengukuran akselerometer berisik dan bagaimana mengurangi batasan dunia nyata seperti itu.

Pemahaman ini dapat mengarah ke diskusi lebih lanjut misalnya, kontrol PID dan pemahaman intuitif tentang algoritma kontrol umpan balik.

Dimungkinkan untuk memasukkan pembuatan robot ini ke dalam kurikulum sekolah, atau dalam hubungannya dengan program sepulang sekolah, dari siswa tingkat sekolah dasar hingga sekolah menengah.

Langkah 6: Aksesori Kamera Streaming Video

Kami telah membuat kamera video berbasis raspberry PI yang dapat dilampirkan ke ekstensi roda kastor ke robot. Apakah menggunakan WiFi untuk mentransmisikan aliran video streaming ke browser web.

Ini menggunakan catu daya terpisah untuk robot dan merupakan modul mandiri.

File tersebut memberikan detail make.

Sebagai alternatif, kamera streaming video mandiri lainnya seperti Quelima SQ13 dapat dipasang ke ekstensi roda kastor, misalnya:

Langkah 7: Menggunakan Motor N20 Alih-alih Motor TT

Dimungkinkan untuk menggunakan motor N20 sebagai pengganti motor TT.

Robot berjalan lebih mulus dan lebih cepat dengan motor N20.

Motor N20 yang saya gunakan adalah motor N20 3V, 250rpm, mis.

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

Motor N20 tidak sekuat dan tidak bertahan lama, mungkin 5-10 jam penggunaan.

Motor N20 mengharuskan Anda untuk mencetak 3D dudukan motor N20, dan ada sisipan roda yang memungkinkan roda motor TT agar sesuai dengan poros aksial motor N20.

Dudukan motor N20 dapat ditemukan dengan mencari "balrobot" di galeri tinkerCAD.