Lokakarya Robotika HackerBox: 22 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Lokakarya Robotika HackerBoxes dirancang untuk memberikan pengenalan yang sangat menantang tetapi menyenangkan untuk sistem robot DIY dan juga elektronik penghobi pada umumnya. Lokakarya Robotika dirancang untuk memaparkan peserta pada Topik dan Tujuan Pembelajaran penting ini:

• Robot berjalan
• Rakitan yang diarahkan untuk mengoordinasikan gerakan
• Menyolder proyek elektronik
• Diagram sirkuit skema
• Sensor optik untuk kemudi dan navigasi otonom
• Sirkuit kontrol loop tertutup analog
• pemrograman Arduino
• Prosesor RISC tertanam NodeMCU
• Wi-Fi dalam sistem prosesor tertanam
• Kontrol IoT menggunakan platform Blyk
• Pengkabelan dan kalibrasi motor servo
• Perakitan robot yang kompleks dan integrasi kontrol

HackerBoxes adalah layanan kotak berlangganan bulanan untuk elektronik DIY dan teknologi komputer. Kami adalah pembuat, penghobi, dan eksperimen. Jika Anda ingin membeli Lokakarya HackerBoxes atau menerima kotak langganan kejutan HackerBoxes dari proyek elektronik hebat melalui pos setiap bulan, silakan kunjungi kami di HackerBoxes.com dan bergabunglah dengan revolusi.

Proyek di Lokakarya HackerBox serta yang ada di HackerBoxes berlangganan bulanan tidak tepat untuk pemula. Mereka umumnya memerlukan beberapa paparan elektronik DIY sebelumnya, keterampilan menyolder dasar, dan kenyamanan bekerja dengan mikrokontroler, platform komputer, fitur sistem operasi, pustaka fungsi, dan pengkodean program sederhana. Kami juga menggunakan semua alat penghobi khas untuk membangun, men-debug, dan menguji proyek elektronik DIY.

Meretas Planet!

Langkah 1: Isi Lokakarya

• RoboSpider Kit
• Garis Otonom Mengikuti Robot Kit
• Pengontrol Wi-Fi Lengan Robot Arduino
• Kit Lengan Robot MeArm
• Patch Prestasi Robotika

Item tambahan yang mungkin berguna:

• Tujuh Baterai AA
• Alat Solder Dasar
• Komputer untuk menjalankan Arduino IDE

Item tambahan yang sangat penting yang kita perlukan adalah rasa petualangan yang nyata, semangat DIY, dan rasa ingin tahu peretas. Memulai petualangan apa pun sebagai pembuat dan pencipta bisa menjadi tantangan yang mengasyikkan. Secara khusus, jenis elektronik hobi ini tidak selalu mudah, tetapi ketika Anda bertahan dan menikmati petualangan, banyak kepuasan dapat diperoleh dari ketekunan dan mencari tahu semuanya!

Langkah 2: RoboSpider

Bangun RoboSpider Anda sendiri dengan kit robot ini. Ini fitur delapan kaki multi-bersendi yang menduplikasi gerakan berjalan laba-laba nyata. Periksa bagian-bagian kit untuk memverifikasi 71 bagian yang ditampilkan di sini. Bisakah Anda menebak untuk apa setiap bagian digunakan dalam desain RoboSpider?

Langkah 3: RoboSpider - Pengkabelan

Pertama pasang motor dan rumah baterai untuk RoboSpider. Kabel dapat dengan mudah dipelintir ke terminal baterai seperti yang ditunjukkan dalam instruksi. Namun, kabel juga dapat dengan hati-hati disolder ke tempatnya jika diinginkan.

Langkah 4: RoboSpider - Perakitan Mekanik

Rakitan roda gigi yang sangat menarik dibentuk untuk setiap pasang kaki. Setiap RoboSpider memiliki empat rakitan seperti dua kaki masing-masing untuk mengoordinasikan gerakan delapan kaki laba-laba yang terpisah. Perhatikan bagaimana perlengkapan disediakan untuk membantu penyelarasan roda gigi.

Sisa RoboSpider dapat dirakit seperti yang ditunjukkan dalam instruksi. Dinamika berjalan seperti apa yang diperlihatkan oleh RoboSpider ini?

Langkah 5: Mari Bersiap untuk Menyolder

Solder adalah proses di mana dua atau lebih item logam (seringkali kabel atau timah) bergabung bersama dengan melelehkan logam pengisi yang disebut solder ke dalam sambungan antara item logam. Berbagai jenis alat solder sudah tersedia. The HackerBoxes Starter Workship mencakup seperangkat alat dasar yang bagus untuk menyolder elektronik kecil:

• Solder Besi
• Tips Penggantian
• Solder Besi Berdiri
• Pembersih Ujung Besi Solder
• Pateri
• Sumbu Pematrian

Jika Anda baru dalam menyolder, ada banyak panduan hebat dan video online tentang penyolderan. Berikut adalah salah satu contoh. Jika Anda merasa membutuhkan bantuan tambahan, coba cari grup pembuat lokal atau ruang peretas di wilayah Anda. Juga, klub radio amatir selalu merupakan sumber pengalaman elektronik yang sangat baik.

Kenakan kacamata pengaman saat menyolder

Anda juga akan ingin memiliki beberapa alkohol Isopropil dan penyeka untuk membersihkan residu fluks kecoklatan yang tertinggal pada sambungan solder Anda. Jika dibiarkan, residu ini pada akhirnya akan menimbulkan korosi pada logam di dalam sambungan.

Akhirnya, Anda mungkin ingin melihat buku komik "Menyolder itu Mudah" dari Mitch Altman.

Langkah 6: Robot Pengikut Baris

The Line following (alias Line Tracing) Robot dapat mengikuti garis hitam tebal yang digambar di atas permukaan putih. Garis harus sekitar 15mm tebal.

Langkah 7: Robot Pengikut Garis - Skema dan Komponen

Bagian untuk robot garis berikut serta diagram sirkuit skematik ditampilkan di sini. Cobalah untuk mengidentifikasi semua bagian. Saat meninjau teori operasi di bawah ini, lihat apakah Anda dapat mengetahui tujuan dari masing-masing bagian dan bahkan mungkin mengapa nilainya begitu ditentukan. Mencoba untuk "merekayasa balik" sirkuit yang ada adalah cara yang bagus untuk mempelajari cara mendesain sendiri.

Teori Operasi:

Di setiap sisi garis, LED (D4 dan D5) digunakan untuk memproyeksikan titik cahaya ke permukaan di bawah. LED bawah ini memiliki lensa bening untuk membentuk berkas cahaya terarah sebagai lawan dari sinar menyebar. Tergantung pada permukaan di bawah LED yang berwarna putih atau hitam, jumlah cahaya yang berbeda akan dipantulkan kembali ke fotoresistor yang sesuai (D13 dan D14). Tabung hitam di sekitar fotoresistor membantu memfokuskan pantulan langsung ke sensor. Sinyal fotoresistor dibandingkan dalam chip LM393 untuk menentukan apakah robot harus terus lurus ke depan atau harus berbelok. Perhatikan bahwa dua komparator di LM393 memiliki sinyal input yang sama, tetapi sinyalnya berlawanan arah.

Memutar robot dilakukan dengan menyalakan motor DC (M1 atau M2) di bagian luar belokan sambil membiarkan motor menuju bagian dalam belokan dalam keadaan mati. Motor dihidupkan dan dimatikan menggunakan transistor penggerak drive (Q1 dan Q2). LED merah yang dipasang di atas (D1 dan D2) menunjukkan kepada kita motor mana yang dihidupkan pada waktu tertentu. Mekanisme kemudi ini adalah contoh kontrol loop tertutup dan memberikan panduan adaptif yang cepat untuk memperbarui lintasan robot dengan cara yang sangat sederhana namun efektif.

Langkah 8: Robot Pengikut Garis - Resistor

Resistor adalah komponen listrik pasif, dua terminal, yang menerapkan hambatan listrik sebagai elemen rangkaian. Dalam sirkuit elektronik, resistor digunakan untuk mengurangi aliran arus, menyesuaikan level sinyal, membagi tegangan, elemen aktif bias, dan menghentikan saluran transmisi, di antara kegunaan lainnya. Resistor adalah elemen umum dari jaringan listrik dan sirkuit elektronik dan ada di mana-mana dalam peralatan elektronik.

Kit robot baris berikut mencakup empat nilai yang berbeda dari resistor melalui lubang aksial yang memiliki pita kode warna seperti yang ditunjukkan:

• 10 ohm: coklat, hitam, hitam, emas
• 51 ohm: hijau, coklat, hitam, emas
• 1K ohm: coklat, hitam, hitam, coklat
• 3.3K ohm: oranye, oranye, hitam, coklat

Resistor harus dimasukkan dari bagian atas papan sirkuit tercetak (PCB) seperti yang diilustrasikan dan kemudian disolder dari bawah. Tentu saja, nilai resistor yang benar harus ditunjukkan, mereka tidak dapat dipertukarkan. Namun, resistor tidak terpolarisasi dan mereka dapat dimasukkan ke kedua arah.

Langkah 9: Robot Pengikut Garis - Komponen Tersisa

Elemen sirkuit lainnya, seperti yang ditunjukkan di sini, dapat dimasukkan dari bagian atas PCB dan disolder di bawah, seperti resistor.

Perhatikan bahwa keempat komponen sensor cahaya sebenarnya dimasukkan dari bagian bawah PCB. Baut panjang dimasukkan di antara komponen sensor cahaya dan dikencangkan dengan pas dengan mur terbuka. Kemudian mur tutup bulat dapat ditempatkan di ujung baut sebagai glider yang halus.

Berbeda dengan resistor, beberapa komponen lain terpolarisasi:

Transistor memiliki sisi datar dan sisi setengah lingkaran. Ketika mereka dimasukkan ke dalam PCB, pastikan bahwa ini cocok dengan tanda sablon putih pada PCB.

LED memiliki lead yang panjang dan lead yang lebih pendek. Ujung panjang harus dicocokkan dengan terminal + seperti yang ditunjukkan pada sablon.

Kapasitor elektrolit berbentuk kaleng memiliki indikator terminal negatif (biasanya bergaris putih) yang turun di salah satu sisi kaleng. Lead di sisi itu adalah lead negatif dan yang lainnya adalah lead positif. Ini harus dimasukkan ke dalam PCB sesuai dengan indikator pin di layar sutra.

Chip 8-pin, soketnya, dan layar sutra PCB untuk memasukkannya, semuanya memiliki indikator setengah lingkaran di salah satu ujungnya. Ini harus berbaris untuk ketiganya. Soket harus disolder ke PCB dan chip tidak boleh dimasukkan ke dalam soket sampai penyolderan selesai dan didinginkan. Sementara chip dapat langsung disolder ke PCB, seseorang harus sangat cepat dan hati-hati saat melakukannya. Kami merekomendasikan menggunakan soket bila memungkinkan.

Langkah 10: Robot Pengikut Garis - Paket Baterai

Lapisan atas selotip dua sisi yang tipis dapat dikupas untuk menempelkan baterai. Lead dapat diumpankan melalui PCB dan disolder di bawah. Kelebihan kawat mungkin berguna untuk menyolder motor.

Langkah 11: Robot Pengikut Garis - Motor

Kabel untuk motor dapat disolder ke bantalan di bagian bawah PCB seperti yang ditunjukkan. Setelah timah disolder, lapisan atas pita dua sisi yang tipis dapat dilepas untuk menempelkan motor ke PCB.

Langkah 12: Robot Pengikut Garis - Tonton

Robot garis berikut sangat menyenangkan untuk ditonton. Masukkan beberapa sel baterai AA dan biarkan robek.

Jika perlu, potensiometer pemangkas dapat disetel untuk menyempurnakan deteksi tepi robot.

Jika ada masalah "perilaku" lain dengan robot, akan sangat membantu untuk memeriksa keselarasan empat komponen sensor bawah dan terutama tabung hitam di sekitar fotoresistor.

Terakhir, pastikan untuk menggunakan baterai baru. Kami telah memperhatikan kinerja yang tidak menentu setelah baterai habis.

Langkah 13: Lengan Robot Dari MeArm

Lengan Robot MeArm dikembangkan untuk menjadi alat pembelajaran yang paling mudah diakses di dunia dan lengan robot terkecil dan paling keren. MeArm hadir sebagai kit lengan robot paket datar yang terdiri dari lembaran akrilik potong laser dan servo mikro. Anda dapat membangunnya hanya dengan obeng dan antusiasme. Ini telah digambarkan sebagai "Proyek Arduino Sempurna untuk Pemula" oleh situs web Lifehacker. MeArm adalah desain yang hebat dan sangat menyenangkan, tetapi pasti bisa sedikit rumit untuk dirakit. Luangkan waktu Anda dan bersabarlah. Cobalah untuk tidak pernah memaksa motor servo. Melakukannya dapat merusak roda gigi plastik kecil di dalam servo.

MeArm di bengkel ini dikendalikan dari aplikasi smartphone atau tablet menggunakan modul Wi-Fi NodeMCU yang disesuaikan dengan platform pengembangan Arduino. Mekanisme kontrol baru ini sangat berbeda dari papan "otak" asli yang dibahas dalam dokumentasi MeArm, jadi pastikan untuk mengikuti instruksi untuk pengontrol yang disajikan di sini dan bukan yang ada dalam dokumentasi asli dari MeArm. Detail mekanis tentang perakitan komponen akrilik MeArm dan motor servo tetap sama.

Langkah 14: Pengontrol Wi-Fi Lengan Robot - Siapkan Arduino untuk NodeMCU

NodeMCU adalah platform open source berdasarkan chip ESP8266. Chip ini mencakup prosesor RISC 32-bit yang berjalan pada 80 MHz, Wi-Fi (IEEE 802.11 b/g/n), Memori RAM, Memori Flash, dan 16 pin I/O.

Perangkat keras pengontrol kami didasarkan pada modul ESP-12 yang ditampilkan di sini yang menyertakan chip ESP8266 bersama dengan dukungan jaringan Wi-Fi yang disertakan.

Arduino adalah platform elektronik open-source berdasarkan perangkat keras dan perangkat lunak yang mudah digunakan. Ini ditujukan untuk siapa saja yang membuat proyek interaktif. Meskipun platform Arduino umumnya menggunakan mikrokontroler Atmel AVR, ia dapat menjadi adaptor untuk bekerja dengan mikrokontroler lain, termasuk ESP8266 kami.

Untuk memulai, Anda harus memastikan bahwa Anda telah menginstal Arduino IDE di komputer Anda. Jika Anda belum menginstal IDE, Anda dapat mengunduhnya secara gratis (www.arduino.cc).

Anda juga memerlukan driver untuk Sistem Operasi (OS) komputer Anda untuk mengakses chip Serial-USB yang sesuai pada modul NodeMCU yang Anda gunakan. Saat ini sebagian besar modul NodeMCU menyertakan chip CH340 Serial-USB. Pabrikan chip CH340 (WCH.cn) memiliki driver yang tersedia untuk semua sistem operasi populer. Cara terbaik adalah menggunakan halaman terjemahan Google untuk situs mereka.

Setelah Arduino IDE terinstal dan driver OS diinstal untuk chip antarmuka USB, kita perlu memperluas Ardino IDE untuk digunakan beroperasi dengan chip ESP8266. Jalankan IDE, masuk ke preferensi, dan cari bidang untuk memasukkan "URL Manajer Papan Tambahan"

Untuk menginstal Board Manager untuk ESP8266, rekatkan di URL ini:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Setelah menginstal, tutup IDE dan mulai kembali.

Sekarang sambungkan modul NodeMCU ke komputer Anda menggunakan kabel microUSB.

Pilih jenis papan dalam Arduino IDE sebagai NodeMCU 1.0

Berikut adalah instruksi yang membahas proses pengaturan untuk Arduino NodeMCU menggunakan beberapa contoh aplikasi yang berbeda. Ini agak menyimpang dari tujuan di sini, tetapi mungkin berguna untuk melihat sudut pandang lain jika Anda buntu.

Langkah 15: Pengontrol Wi-Fi Lengan Robot - Retas Program NodeMCU Pertama Anda

Setiap kali kami menghubungkan perangkat keras baru atau memasang alat perangkat lunak baru, kami ingin memastikan bahwa itu berfungsi dengan mencoba sesuatu yang sangat sederhana. Programmer sering menyebut ini program "hello world". Untuk perangkat keras tertanam (apa yang kita lakukan di sini) "hello world" biasanya berkedip LED (light emitting diode).

Untungnya, NodeMCU memiliki LED bawaan yang bisa kita kedipkan. Juga, Arduino IDE memiliki program contoh untuk LED berkedip.

Di dalam Arduino IDE, buka contoh yang disebut blink. Jika Anda memeriksa kode ini dengan cermat, Anda dapat melihat bahwa itu bergantian memutar pin 13 tinggi dan rendah. Pada board Arduino asli, LED pengguna berada pada pin 13. Namun, LED NodeMCU berada pada pin 16. Jadi kita dapat mengedit program blink.ino untuk mengubah setiap referensi ke pin 13 menjadi pin 16. Kemudian kita dapat mengkompilasi program dan unggah ke modul NodeMCU. Ini mungkin memerlukan beberapa percobaan dan mungkin memerlukan verifikasi driver USB dan memeriksa ulang pengaturan papan dan port di dalam IDE. Luangkan waktu Anda dan bersabarlah.

Setelah program mengunggah dengan benar, IDE akan mengatakan "unggah selesai" dan LED akan mulai berkedip. Lihat apa yang terjadi jika Anda mengubah panjang fungsi delay() di dalam program dan kemudian mengunggahnya lagi. Apakah itu yang Anda harapkan. Jika demikian, Anda telah meretas kode tertanam pertama Anda. Selamat!

Langkah 16: Pengontrol Wi-Fi Lengan Robot - Contoh Kode Perangkat Lunak

Blynk (www.blynk.cc) adalah Platform termasuk aplikasi iOS dan Android untuk mengontrol Arduino, Raspberry Pi, dan perangkat keras lainnya melalui Internet. Ini adalah dasbor digital tempat Anda dapat membangun antarmuka grafis untuk proyek Anda hanya dengan menarik dan melepas widget. Sangat mudah untuk mengatur semuanya dan Anda akan segera mulai mengotak-atik. Blynk akan membuat Anda online dan siap untuk Internet Of Your Things.

Lihat situs Blynk dan ikuti instruksi untuk menyiapkan Perpustakaan Arduino Blynk.

Ambil program Arduino ArmBlynkMCU.ino terlampir di sini. Anda akan melihat bahwa ia memiliki tiga string yang perlu diinisialisasi. Anda dapat mengabaikannya untuk saat ini dan pastikan bahwa Anda dapat mengkompilasi dan mengunggah kode apa adanya ke NodeMCU. Anda akan membutuhkan program ini dimuat ke NodeMCU untuk langkah selanjutnya dari kalibrasi motor servo.

Langkah 17: Pengontrol Wi-Fi Lengan Robot - Mengkalibrasi Motor Servo

Papan pelindung motor ESP-12E mendukung pemasangan modul NodeMCU secara langsung. Sejajarkan dan masukkan modul NodeMCU dengan hati-hati ke papan pelindung motor. Juga hubungkan keempat servos ke pelindung seperti yang ditunjukkan. Perhatikan bahwa konektor terpolarisasi dan harus diorientasikan seperti yang ditunjukkan.

Kode NodeMCU yang dimuat pada langkah terakhir menginisialisasi servos ke posisi kalibrasinya seperti yang ditunjukkan di sini dan dibahas dalam dokumentasi MeArm. Memasang lengan servo dalam orientasi yang benar saat servo diatur ke posisi kalibrasinya memastikan bahwa titik awal, titik akhir, dan rentang gerak yang tepat dikonfigurasi untuk masing-masing dari empat servo.

Tentang penggunaan daya baterai dengan motor servo NodeMCU dan MeArm:

Kabel baterai harus disambungkan ke terminal sekrup input baterai. Ada tombol daya plastik pada pelindung motor untuk mengaktifkan pasokan input baterai. Blok jumper plastik kecil digunakan untuk merutekan daya ke NodeMCU dari pelindung motor. Tanpa blok jumper terpasang, NodeMCU dapat memberi daya sendiri dari kabel USB. Dengan blok jumper terpasang (seperti yang ditunjukkan), daya baterai dialihkan ke modul NodeMCU.

Langkah 18: Antarmuka Pengguna Lengan Robot - Integrasikan Dengan Blynk

Kita sekarang dapat mengonfigurasi aplikasi Blynk untuk mengontrol motor servo.

Instal aplikasi Blyk di perangkat seluler iOS atau Android Anda (smartphone atau komputer tablet). Setelah dipasang, buat proyek Blynk baru yang memiliki empat bilah geser seperti yang ditunjukkan untuk mengendalikan empat motor servo. Perhatikan token otorisasi Blynk yang dibuat untuk Anda proyek Blynk baru. Anda dapat mengirimkannya ke email Anda untuk kemudahan menempel.

Edit program Arduino ArmBlynkMCU.ino untuk mengisi tiga string:

• SSID Wi-Fi (untuk titik akses Wi-Fi Anda)
• Kata Sandi Wi-Fi (untuk titik akses Wi-Fi Anda)
• Token Otorisasi Blynk (dari proyek Blynk Anda)

Sekarang kompilasi dan unggah kode yang diperbarui yang berisi tiga string.

Pastikan Anda dapat memindahkan keempat motor servo melalui Wi-Fi menggunakan penggeser pada perangkat seluler Anda.

Langkah 19: Lengan Robot - Perakitan Mekanik

Sekarang kita dapat melanjutkan dengan perakitan mekanis MeArm. Seperti yang disebutkan sebelumnya, ini bisa sedikit rumit. Luangkan waktu Anda dan bersabarlah. Cobalah untuk tidak memaksa motor servo.

Ingatlah bahwa MeArm ini dikendalikan oleh modul Wi-Fi NodeMCU yang cukup berbeda dari papan "otak" asli yang dibahas dalam dokumentasi MeArm. Pastikan untuk mengikuti instruksi untuk pengontrol yang disajikan di sini dan bukan yang ada di dokumentasi asli dari MeArm.

Detail perakitan mekanis lengkap dapat ditemukan di situs ini. Mereka diberi label sebagai Panduan Build untuk MeArm v1.0.

Langkah 20: Sumber Daya Online untuk Mempelajari Robotika

Ada semakin banyak kursus robotika online, buku, dan sumber daya lainnya…

• Kursus Stanford: Pengantar Robotika
• Kursus Columbia: Robotika
• Kursus MIT: Robotika yang Dikurangi
• WikiBook Robotika
• Kursus Robotika
• Belajar Komputasi dengan Robot
• Robotika Demystified
• Mekanisme Robot
• Manipulasi Robot Matematika
• Robot Pendidikan dengan Lego NXT
• Pendidikan LEGO
• Robotika Terdepan
• Robotika Tertanam
• Robot Seluler Otonom
• Robot Panjat dan Berjalan
• Aplikasi Baru Robot Pendaki dan Berjalan
• Robot Humanoid
• Senjata Robot
• Manipulator Robot
• Kemajuan dalam Manipulator Robot
• Robotika AI

Menjelajahi ini, dan sumber daya lainnya, akan terus memperluas pengetahuan Anda tentang dunia robotika.

Langkah 21: Patch Pencapaian Robotika

Selamat! Jika Anda telah melakukan upaya terbaik Anda dalam proyek robotika ini dan meningkatkan pengetahuan Anda, Anda harus mengenakan tambalan pencapaian yang disertakan dengan bangga. Biarkan dunia tahu bahwa Anda adalah ahli servo dan sensor.

Langkah 22: Meretas Planet

Kami harap Anda menikmati Workshop Robotika HackerBoxes. Lokakarya ini dan lainnya dapat dibeli dari toko online di HackerBoxes.com di mana Anda juga dapat berlangganan kotak berlangganan HackerBoxes bulanan dan memiliki proyek-proyek hebat yang dikirimkan langsung ke kotak surat Anda setiap bulan.

Silakan bagikan kesuksesan Anda di komentar di bawah dan/atau di Grup Facebook HackerBoxes. Tentu saja beri tahu kami jika Anda memiliki pertanyaan atau butuh bantuan dengan apa pun. Terima kasih telah menjadi bagian dari petualangan HackerBoxes. Mari kita membuat sesuatu yang hebat!