დაბალანსებული რობოტი / 3 ბორბლიანი რობოტი / STEM რობოტი: 8 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:18

ჩვენ შევქმენით კომბინირებული ბალანსირების და 3 ბორბლიანი რობოტი სკოლებში საგანმანათლებლო გამოყენებისა და სკოლის შემდგომ საგანმანათლებლო პროგრამებისთვის. რობოტი ემყარება Arduino Uno- ს, საბაჟო ფარს (ყველა სამშენებლო დეტალი), Li Ion ბატარეის პაკეტს (ყველა სამშენებლო დეტალი) ან 6xAA ბატარეის პაკეტს, MPU 6050, BLE bluetooth მოდულს, ულტრაბგერითი მოდულს (სურვილისამებრ) და სერვო მკლავის გადასატანად. ასევე არსებობს ვრცელი საგანმანათლებლო მასალა, რომელიც მზად არის გამოსაყენებლად საკლასო ოთახებში.

თანდართული დოკუმენტი არის ინსტრუქცია ბავშვებს რობოტის შესაქმნელად რიგი ნაბიჯებით, რაც უზრუნველყოფს საგანმანათლებლო სწავლებას თითოეულ საფეხურზე. ეს არის დოკუმენტი, რომელიც მიეწოდება სკოლებს და სკოლის შემდგომ პროგრამებს.

არსებობს 7 სავარჯიშო, რომლის გაკეთებაც შესაძლებელია სრული ბალანირების / 3 ბორბლიანი რობოტის ესკიზის ატვირთვამდე. თითოეული ვარჯიში ფოკუსირებულია რობოტის კონკრეტულ ასპექტზე, მაგ. აკერომეტრის/გიროსკოპის სენსორი, ინტერაქცია სმარტფონის აპლიკაციასთან bluetooth- ის, ულტაზონის სენსორის, სერვო და ა.შ. სავარჯიშოები ინტეგრირებულია რობოტის ფიზიკურ კონსტრუქციაში, ასე რომ, როდესაც საკმარისი რობოტი აგებულია სავარჯიშოდ, სავარჯიშოს ესკიზი შეიძლება აიტვირთოს და გაკეთდეს. ეს ხელს უწყობს რობოტის შექმნის გართობის კონცენტრაციას საგანმანათლებლო სწავლებით.

გადაწყდა Arduino Uno– ს გამოყენება, რადგან ის ძალზე გავრცელებულია და გამოიყენება მრავალ საგანმანათლებლო დაწესებულებაში. ჩვენ ასევე გამოვიყენეთ, ფარის გარდა, სტანდარტული თაროები, რომლებიც ხელმისაწვდომია. შასი არის 3D დაბეჭდილი და დიზაინი ხელმისაწვდომია TinkerCAD– ზე.

ჩვენ ასევე აღმოვაჩინეთ, რომ ეს რობოტი შთააგონებს და აძლევს ნდობას ბავშვებს, იფიქრონ საკუთარი შემოქმედების შექმნაზე და რომ ამის გაკეთება არ არის რთული.

ყველა ესკიზი კარგად არის კომენტარი და უფრო მოწინავე სტუდენტებს შეუძლიათ შეცვალონ ან დაწერონ ესკიზები. რობოტს შეუძლია შექმნას ზოგადი პლატფორმა არდუინოს და ელექტრონიკის შესასწავლად.

რობოტი ასევე მუშაობს "LOFI ბლოკების" აპლიკაციასთან (https://lofiblocks.com/en/), ასე რომ ბავშვებს შეუძლიათ იქ დაწერონ საკუთარი კოდი SCRATCH- ის მსგავსი გრაფიკულ გარემოში.

გაითვალისწინეთ, რომ ვიდეო აჩვენებს მარკის 1 მოდელს, რობოტი ახლა იყენებს RemoteXY bluetooth პროგრამას (რომელიც ხელმისაწვდომია როგორც Andriod, ასევე Apple მოწყობილობებისთვის), MPU 6050 ახლა მდებარეობს რობოტის ფარზე (არა სლაიდერში ბოლოში რობოტი - თუმცა სურვილისამებრ მაინც შეგიძლიათ მისი პოვნა იქ) და აქვს სურვილისამებრ ულტრაბგერითი სენსორი, რომელიც შეიძლება ჩაერთოს ფარში.

მადლიერება:

(1) სიმაღლის კუთხე და PID კონტროლი ემყარება ბროკინგის პროგრამულ უზრუნველყოფას:

(2) RemoteXY აპლიკაცია:

(3) LOFI Blocks და LOFI Robot აპლიკაცია:

(4) იარაღი jjrobots- ზე დაყრდნობით:

(5) ყველა ესკიზი ინახება Arduino– ში შექმნა:

(6) 3D დიზაინი ინახება TinkerCAD– ზე:

პასუხისმგებლობის შეზღუდვის განაცხადი: ეს მასალა მოცემულია როგორც არის, ამ მასალის სისწორის ან სხვაგვარად გარანტიის გარეშე. ამ დოკუმენტში დასახელებული მე -3 მხარის iPhone და Android პროგრამების გამოყენება არის მომხმარებლის რისკის ქვეშ. რობოტს შეუძლია გამოიყენოს ლითიუმ -იონ ბატარეის პაკეტი, ბატარეისა და დენის პაკეტის გამოყენება მომხმარებლის რისკია. ავტორები არ იღებენ პასუხისმგებლობას ზარალისათვის, რომელიც განიცადა რომელიმე პირმა ან ორგანიზაციამ ამ მასალის გამოყენებით ან რობოტის მშენებლობის ან გამოყენების შედეგად.

ნაბიჯი 1: ნაწილების სია

რობოტის ნულიდან გასაკეთებლად ბევრი ნაბიჯია და ამას საკმაოდ დიდი დრო და მოვლა დასჭირდება. თქვენ დაგჭირდებათ 3D პრინტერი და იყავით კარგი ელექტრონული სქემების შედუღებასა და მშენებლობაში.

რობოტის შესაქმნელად საჭირო ნაწილებია:

(1) 3D ბეჭდვა chasis და caster წამყვანი გაფართოება

(2) არდუინო უნო

(3) ააშენეთ რობოტის ფარი

(4) MPU 6050, AT9 BLE Bluetooth მოდული, სურვილისამებრ ულტრაბგერითი მოდული (ყველა შეაერთეთ ფარში)

(5) SG90 სერვო

(6) TT ძრავები და ბორბლები

(7) შექმენით კვების ბლოკი (ან 6xAA ბატარეა ან Li Ion ბატარეის პაკეტი)

თანდართული ფაილი განმარტავს, თუ როგორ უნდა მიიღოთ და ააწყოთ ყველა ნაწილი გარდა Li Ion დენის პაკეტისა და რობოტის ფარისა, რომლებიც შემდგომ საფეხურებშია დაფარული.

ნაბიჯი 2: Robot Shield

რობოტის ფარის PCB დიზაინი შესრულებულია Fritzing– ში, თან ერთვის Fritzing ფაილი, თუ გსურთ შეცვალოთ დიზაინი.

ასევე მიმაგრებულია გერბერის ფაილები ფარის PCB– სთვის, თქვენ შეგიძლიათ ეს ფაილები გამოაგზავნოთ PCB– ის მწარმოებელზე, რათა მათ შექმნან ფარი.

მაგალითად, შემდეგ მწარმოებლებს შეუძლიათ გააკეთონ 10 x PCB დაფები დაახლოებით 5 დოლარად + ფოსტაზე:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

ასევე ერთვის ფარის დამზადების დოკუმენტი.

ნაბიჯი 3: დენის პაკეტი

თქვენ შეგიძლიათ ააწყოთ 6xAA ბატარეის პაკეტი ან Li Ion ბატარეის პაკეტი რობოტისთვის. ინსტრუქცია ორივეს ერთვის.

AA- ბატარეის პაკეტის კონსტრუქცია ბევრად უფრო ადვილია. თუმცა, ბატარეები მხოლოდ 20/30 წუთი ძლებს, სანამ საჭიროებს შეცვლას. ასევე სერვო არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას AA- ბატარეის პაკეტთან ერთად, ასე რომ არ არის მოძრავი მკლავი.

Li Ion ბატარეის პაკეტის დატენვა შესაძლებელია და გრძელდება დაახლოებით 60 პლუს წუთი დატენვას შორის (გამოყენებული ბატარეის სიმძლავრის მიხედვით). თუმცა, Li Ion ბატარეის პაკეტი უფრო რთული ასაშენებელია და იყენებს Li Ion ბატარეას, Li Ion ბატარეებს სიფრთხილით სჭირდება დამუშავება.

Li Ion ბატარეის პაკეტი მოიცავს დამცავ წრეს, რომელიც იცავს ბატარეას ზედმეტი და დატენვისგან და ზღუდავს მაქსიმალურ დენს 4 ამპრამდე. იგი ასევე იყენებს Li Ion დატენვის მოდულს.

თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ ნებისმიერი Li Ion ბატარეის პაკეტი, რომელსაც აქვს გამომავალი დაახლოებით 7.2 ვოლტი, მაგრამ თქვენ უნდა შეადგინოთ კაბელი შესაბამისი რობოტის ფარის დანამატით.

შემატყობინეთ თუ გაქვთ კარგი ალტერნატიული კვების ბლოკი. მიზეზი, რის გამოც მე შევადგინე ეს Li Ion პაკეტი არის ის, რომ იგი იყენებს ერთ Li Ion უჯრედს, რაც იმას ნიშნავს, რომ ის შედარებით მცირეა და მისი დატენვა შესაძლებელია ნებისმიერი მიკრო USB დამტენიდან ან ნებისმიერი USB პორტიდან კომპიუტერის ჩათვლით. Li Ion დენის პაკეტები მე ვნახე, რომ დაახლოებით 7.2 ვოლტი იყენებს 2 უჯრედს და საჭიროებს სპეციალურ დამტენს, რაც ზრდის ღირებულებას და არც ისე მოსახერხებელია დასატენად.

თუ თქვენ აირჩევთ Li Ion ბატარეის პაკეტის შექმნას (ან იყენებთ Li Lion ბატარეის ნებისმიერ პაკეტს), თქვენ უნდა იცოდეთ უსაფრთხოების საკითხების შესახებ, როგორიცაა ბატარეები, მაგ.

ნაბიჯი 4: რობოტების ვარჯიშები და ესკიზები

მას შემდეგ რაც თქვენ მიიღებთ ყველა ნაწილს, რობოტის შექმნისას შეგიძლიათ სურვილისამებრ შეასრულოთ პროგრამირების სავარჯიშოები. ეს სავარჯიშოები განმარტებებთან ერთად ხელმისაწვდომია Arduino Create– ზე - ქვემოთ მოცემული ბმულები მიგიყვანთ Arduino Create სავარჯიშოებზე - შემდეგ შეგიძლიათ გახსნათ და შეინახოთ სავარჯიშო თქვენს Arduino Create login– ში.

რობოტზე ესკიზების ასატვირთად დარწმუნდით, რომ თქვენი ტელეფონი რობოტთან არ არის დაკავშირებული Bluetooth– ით - Bluetooth კავშირი ხელს უშლის ატვირთვის მოხდენას. მიუხედავად იმისა, რომ ზოგადად არ არის საჭირო, Bluetooth მოდულის პინი არის 123456.

სავარჯიშოები 3, 5 და 7 იყენებს "LOFI robot" სმარტ ტელეფონის აპლიკაციას (ან "BLE ჯოისტიკს" - თუმცა ეს აპლიკაცია ყოველთვის არ მუშაობს Apple მოწყობილობებთან).

სავარჯიშოები 8 (სრული რობოტის ესკიზი) იყენებს "RemoteXY" სმარტ ტელეფონის აპლიკაციას რობოტის გასაკონტროლებლად.

LOFI Blocks ესკიზი იყენებს "LOFI Blocks" აპს. (გაითვალისწინეთ, რომ ეს აპლიკაცია საუკეთესოდ მუშაობს Apple მოწყობილობებზე).

როდესაც თქვენ ატვირთავთ ვარჯიშს Arduino Create– ში, არდუინოს ესკიზის გარდა, არის სხვა მრავალი ჩანართი, რომელიც იძლევა ინფორმაციას ვარჯიშის შესახებ.

სავარჯიშო 1: არდუინოს საფუძვლები - მოაცილეთ LED- ები რობოტის კონტროლის ფარს წითლად და მწვანეზე. ეს სავარჯიშო შეგიძლიათ გააკეთოთ მშენებლობის საფეხურის (3) შემდეგ.

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

სავარჯიშო 2: გირო სენსორი - გაცნობა გრიოსთან და ამაჩქარებლებთან. თქვენ შეგიძლიათ ეს სავარჯიშო გააკეთოთ მშენებლობის საფეხურის (4) შემდეგ. თქვენ უნდა გამოიყენოთ "სერიული მონიტორი", რომლის სიჩქარეა 115200.

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

სავარჯიშო 3: Bluetooth ლინკი - დაამყარეთ Bluetooth ბმული, გამოიყენეთ სმარტ ტელეფონის აპლიკაცია რობოტის მართვის ფარის LED- ების ჩართვისა და გამორთვისთვის. თქვენ შეგიძლიათ ეს სავარჯიშო გააკეთოთ მშენებლობის ეტაპის (5) შემდეგ.

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

სავარჯიშო 4: ულტრაბგერითი მანძილის სენსორი (სურვილისამებრ) - ულტრაბგერითი სენსორის გაცნობა. თქვენ შეგიძლიათ ეს სავარჯიშო გააკეთოთ მშენებლობის ეტაპის (5) შემდეგ. თქვენ უნდა გამოიყენოთ "სერიული მონიტორი", რომლის სიჩქარეა 115200.

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

სავარჯიშო 5: სერვო-მექანიზმი-სერვო მექანიზმის გაცნობა და ხელის მოძრაობა, გამოიყენეთ სმარტ ტელეფონის აპლიკაცია სერვო მკლავის კუთხის გასაკონტროლებლად. თქვენ შეგიძლიათ ეს სავარჯიშო გააკეთოთ მშენებლობის საფეხურის (8) შემდეგ. თქვენ უნდა გამოიყენოთ "სერიული მონიტორი", რომლის სიჩქარეა 115200.

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

სავარჯიშო 6: ამოძრავეთ ძრავები - გაეცანით ძრავებს, ამოძრავეთ წამყვანი ძრავები წინ და უკან. საჭიროა ბატარეის პაკეტის ჩართვა. თქვენ უნდა გამოიყენოთ "სერიული მონიტორი", რომლის სიჩქარეა 115200.

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

სავარჯიშო 7: ძირითადი მანქანა - ააგეთ მარტივი სამ ბორბლიანი მანქანა (რობოტი მე -3 ბორბალით), ჩვენ ვიყენებთ სმარტ ტელეფონის აპლიკაციას მანქანის გასაკონტროლებლად. ასევე იყენებს ულტრაბგერითი სენსორი თქვენს ხელებს. ამის გაკეთება შეგიძლიათ მშენებლობის იმავე წერტილში, როგორც ზემოთ. საჭიროა ბატარეის ჩართვა და ჩასმა მე -3 ბორბლის დანართი.

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

სავარჯიშო 8: სრული დაბალანსების რობოტი - კოდი სრული ბალანსირების / სამ ბორბლიანი რობოტისთვის. გამოიყენეთ ჭკვიანი ტელეფონის აპლიკაცია "RemoteXY" რობოტის გასაკონტროლებლად.

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

LOFI Blocks Sketch - "LOFI Blocks" აპლიკაციის გამოსაყენებლად ატვირთეთ ესკიზი რობოტში. ამის შემდეგ შეგიძლიათ რობოტის დაპროგრამება "LOFI Blocks" პროგრამის გამოყენებით, რომელიც იყენებს SCRATCH- ის მსგავსი პროგრამირების ბლოკებს.

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

სავარჯიშო 9: რობოტი ხაზის თვალთვალისთვის. შესაძლებელია დაამატოთ ორი ხაზის მიკვლევის სენსორი და გამოიყენოთ ულტრაბგერითი შტეფსელი, რომ დააკავშიროთ სენსორები რობოტთან. შენიშვნა, სენსორები დაკავშირებულია ციფრულ ქინძისთავებთან D2 და D8.

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

სავარჯიშო 10: Bluetooth კონტროლი. Bluetooth- ისა და ტელეფონის პროგრამის (RemoteXY) გამოყენებით რობოტის LED- ების და სერვო მექანიზმის გასაკონტროლებლად. ამ სავარჯიშოში მოსწავლეები სწავლობენ Bluetooth– ს, როგორ გამოიყენონ ტელეფონის აპლიკაცია რეალურ სამყაროში საგნების გასაკონტროლებლად და გაეცნონ LED- ებს და სერვო მექანიზმებს.

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

ნაბიჯი 5: რობოტი მათემატიკის და პროგრამის სტრუქტურის დაბალანსება

თანდართული ფაილი იძლევა მიმოხილვას რობოტის ბალანსირების ნაწილის მათემატიკისა და პროგრამული სტრუქტურის შესახებ.

ბალანსირებული რობოტის უკან მათემატიკა უფრო მარტივი და საინტერესოა, ვიდრე თქვენ ფიქრობთ.

უფრო მოწინავე სკოლის მოსწავლეებისთვის შესაძლებელია დაბალანსებული რობოტი მათემატიკის დაკავშირება მათემატიკისა და ფიზიკის შესწავლასთან, რომელსაც ისინი აკეთებენ საშუალო სკოლაში.

მათემატიკაში რობოტი შეიძლება გამოყენებულ იქნას იმის საჩვენებლად, თუ როგორ გამოიყენება ტრიგომეტრია, დიფერენციაცია და ინტეგრაცია რეალურ სამყაროში. კოდი გვიჩვენებს, თუ როგორ გამოითვლება კომპიუტერების მიერ დიფერენციაცია და ინტეგრაცია და ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ მოსწავლეები უფრო ღრმად იგებენ ამ ცნებებს.

ფიზიკაში აქსელერომეტრები და გიროსკოპები უზრუნველყოფენ მოძრაობის კანონებს და პრაქტიკულ გაგებას ისეთ საკითხებზე, როგორიცაა რატომ არის ხმაურიანი ამაჩქარებლის გაზომვები და როგორ უნდა შემცირდეს ასეთი შეზღუდვები რეალურ სამყაროში.

ამ გაგებამ შეიძლება გამოიწვიოს შემდგომი დისკუსიები, მაგალითად, PID კონტროლი და უკუკავშირის კონტროლის ალგორთმების ინტუიციური გაგება.

შესაძლებელია რობოტის შენობა შეიტანოს სკოლის სასწავლო გეგმაში, ან სკოლის შემდგომ პროგრამასთან ერთად, დაწყებითიდან საშუალო სკოლის მოსწავლეებამდე.

ნაბიჯი 6: ვიდეო ნაკადის კამერის აქსესუარი

ჩვენ შევქმენით ჟოლოს PI დაფუძნებული ვიდეო კამერა, რომელიც შეიძლება მიმაგრდეს რობოტზე გამაგრებული ბორბლის გაფართოებაზე. იყენებს WiFi- ს ნაკადიანი ვიდეო ნაკადის გადასაცემად ბრაუზერში.

ის იყენებს რობოტის ცალკეულ ელექტრომომარაგებას და არის დამოუკიდებელი მოდული.

ფაილი შეიცავს დეტალებს დამზადების შესახებ.

როგორც ალტერნატივა, სხვა დამოუკიდებელი ვიდეო სტრიმინგის კამერები, როგორიცაა Quelima SQ13, შეიძლება მიმაგრდეს საჭის ბორბლის გაფართოებაზე, მაგალითად:

ნაბიჯი 7: NT მოტორსის გამოყენება TT მოტორსის ნაცვლად

შესაძლებელია NT ძრავის გამოყენება TT ძრავის ნაცვლად.

რობოტი უფრო რბილად მუშაობს და ბევრად სწრაფად მიდის N20 ძრავით.

N20 ძრავები, რომლებიც მე გამოვიყენე არის 3V, 250rpm N20 ძრავები, მაგ.

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

N20 ძრავები არც ისე გამძლეა და არც ისე დიდხანს ძლებს, ალბათ 5-10 საათიანი გამოყენება.

N20 ძრავა მოითხოვს თქვენ 3D დაბეჭდვას N20 ძრავის სამაგრი, და არის ბორბლის ჩასმა, რომელიც საშუალებას აძლევს TT ძრავის ბორბალს მოერგოს N20 ძრავის ღერძულ ღერძს.

N20 ძრავის სამაგრი შეგიძლიათ იხილოთ tinkerCAD გალერეაში "balrobot" - ის ძებნით.