רובוט איזון / רובוט 3 גלגלים / רובוט STEM: 8 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

בנינו רובוט איזון משולב וגלגלי 3 גלגלים לשימוש חינוכי בבתי ספר ובתכניות חינוכיות. הרובוט מבוסס על Arduino Uno, מגן מותאם אישית (כל פרטי הבנייה מסופקים), מארז סוללות לי יון (כל פרטי הבנייה מסופקים) או מארז סוללות 6xAA, MPU 6050, מודול Bluetooth BLE, מודול קולי (אופציונלי) וסרוו להנעת זרוע. יש גם חומר לימוד נרחב המוכן לשימוש בחדרי כיתות.

המסמך המצורף הוא ההנחיות הניתנות לילדים לבנות את הרובוט במספר שלבים המספקים למידה חינוכית בכל שלב. זהו המסמך המסופק לבתי הספר ולתכניות הצהרונים.

ישנם 7 תרגילים שניתן לבצע לפני העלאת הסקיצה המלאה של רובוט / 3 גלגלי רובוט. כל אחד מהתרגילים מתמקד בהיבט מסוים של הרובוט, למשל. חיישן האקרומטר/גירוסקופ, אינטראקציה עם אפליקציית טלפון חכם באמצעות בלוטות ', החיישן האולטרא סוני, הסרוו וכו' התרגילים משולבים בבנייה הפיזית של הרובוט, כך שכאשר נבנה מספיק רובוט לביצוע תרגיל, ניתן להעלות ולערוך סקיצה לתרגיל. זה עוזר למקד את הכיף שבבניית הרובוט עם למידה חינוכית.

הוחלט להשתמש ב- Arduino Uno מכיוון שהוא נפוץ ביותר ומשמש במסגרות חינוכיות רבות. כמו כן, השתמשנו, למעט המגן, במודולים סטנדרטיים של המדף הזמינים. המארז מודפס בתלת מימד והעיצוב זמין ב- TinkerCAD.

גילינו גם שהרובוט הזה עוזר לעורר השראה ולספק ביטחון לילדים לחשוב על בניית יצירות משלהם וכי לא קשה לעשות זאת.

כל המערכונים מקבלים הערות טובות ותלמידים מתקדמים יותר יכולים לשנות או לכתוב סקיצות משלהם. הרובוט יכול להוות פלטפורמה כללית ללימוד אודות הארדואינו ואלקטרוניקה.

הרובוט עובד גם עם אפליקציית "בלוקים של LOFI" (https://lofiblocks.com/en/), כך שילדים יכולים לכתוב שם קוד משלו בסביבה גרפית הדומה ל- SCRATCH.

שימו לב שהסרטון למעלה מציג את דגם הסימן 1, הרובוט משתמש כעת באפליקציית Bluetooth Bluetooth Remote (הזמינה למכשירי אנדריוד ואפל), ה- MPU 6050 ממוקם כעת על מגן הרובוט (לא במחוון בתחתית המכשיר רובוט - למרות שאתה עדיין יכול לאתר אותו שם אם תרצה) ויש לו חיישן קולי אופציונלי שניתן לחבר אותו למגן.

הכרות:

(1) זווית המגרש ובקרת PID מבוססים על תוכנה של Brokking:

(2) אפליקציית RemoteXY:

(3) אפליקציות LOFI ו- LOFI Robot:

(4) זרועות המבוססות על jjrobots:

(5) כל הסקיצות מאוחסנות ב- Arduino Create:

(6) עיצובים תלת ממדיים מאוחסנים ב- TinkerCAD:

כתב ויתור: חומר זה מסופק כפי שהוא, ללא אחריות על תקינותו של חומר זה. השימוש באפליקציות צד שלישי לאייפון ואנדרואיד בשם במסמך זה הינו על אחריות המשתמשים בלבד. הרובוט יכול להשתמש בחבילת סוללת ליתיום יון, השימוש בסוללה ובחבילת החשמל הוא על אחריות המשתמשים בלבד. המחברים לא לוקחים אחריות על אובדן שנגרם לאדם כלשהו או לארגון המשתמש בחומר זה או מבנייה או שימוש ברובוט.

שלב 1: רשימת חלקים

כדי להפוך את הרובוט מאפס, יש הרבה שלבים וזה ייקח לא מעט זמן ודאגה. תזדקק למדפסת תלת מימד, ותהיה טוב בהלחמה ובניית מעגלים אלקטרונים.

החלקים הדרושים לייצור הרובוט הם:

(1) הדפס תלת מימד את הארכת הגלגל צ'אזיס והגלגלת

(2) ארדואינו אונו

(3) בנה את מגן הרובוט

(4) מודול Bluetooth MPU 6050, AT9 BLE Bluetooth, מודול קולי אופציונלי (כולם מחוברים למגן)

(5) סרוו SG90

(6) מנועי TT וגלגלים

(7) בנה את ערכת החשמל (או סוללת 6xAA או סוללת ליון יון)

הקובץ המצורף מסביר כיצד להשיג ולבנות את כל החלקים למעט ערכת הכוח לי יון ומגן הרובוט, אשר מכוסים בשלבים הבאים.

שלב 2: מגן רובוט

עיצוב ה- PCB למגן הרובוט מתבצע ב- Fritzing, מצורף קובץ ה- Fritzing אם ברצונך לשנות את העיצוב.

כמו כן מצורפים קבצי הגרבר עבור PCB המגן, תוכל לשלוח קבצים אלה למעבד PCB כדי שייצר את המגן.

לדוגמה, היצרנים הבאים יכולים לייצר 10 x לוחות PCB בסביבות $ 5 + דמי משלוח:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

מצורף גם מסמך יצירת המגן.

שלב 3: Power Pack

אתה יכול לבנות מארז סוללות 6xAA או סוללת לי יון עבור הרובוט. ההנחיות לשניהם מצורפות.

חבילת הסוללות AA הרבה יותר קלה לבנייה. אולם הסוללות נמשכות כ- 20/30 דקות בלבד לפני הצורך להחליף אותן. כמו כן לא ניתן להשתמש בסרוו עם ערכת סוללות AA כך שאין זרוע נעה.

ניתן לטעון את סוללת Li Ion ואורכת כ -60 דקות נוספות בין הטעינה (תלוי בקיבולת הסוללה בשימוש). עם זאת, ערכת הסוללות של Li Ion קשה יותר לבנייה ומשתמשת בסוללת Li Ion, יש לטפל בסוללות Li Ion בזהירות.

מארז הסוללות של Li Ion כולל מעגל הגנה, המגן על הסוללה מפני עומס יתר ומתחת ומגביל את הזרם המרבי ל -4 אמפר. הוא משתמש גם במודול טעינה של Li Ion.

תוכל להשתמש בכל סוללת Li Ion בעלת תפוקה של כ -7.2 וולט, אך יהיה עליך להכין כבל עם תקע מגן הרובוט המתאים.

הודע לי אם יש לך ערכת חשמל חלופית טובה. הסיבה שבגללה המצאתי את חבילת ה- Li Ion הזו היא שהיא משתמשת בתא ליון אחד, כלומר היא קטנה יחסית וניתן להטעין אותה מכל מטען מיקרו USB או מכל יציאת USB כולל מחשב. ערכות חשמל לי יון שראיתי בסביבות 7.2 וולט משתמשות בשני תאים ודורשות מטען מיוחד, מה שמייקר את העלות ולא נוח להטעין.

אם תבחר לבנות את סוללת Li Ion (או להשתמש בכל סוללת Li Ion) עליך להיות מודע לבעיות הבטיחות עם סוללות כאלה, למשל.

שלב 4: תרגילי רובוט וסקיצות

לאחר שהשגת את כל החלקים, תוך כדי בניית הרובוט תוכל לבצע תרגילי תכנות בדרך אם תרצה בכך. תרגילים אלה יחד עם הסברים זמינים ב- Arduino Create - הקישורים להלן מביאים אותך לתרגילי Arduino Create - לאחר מכן תוכל לפתוח ולשמור את התרגיל בכניסה ל- Arduino Create.

כדי להעלות סקיצות לרובוט וודא שהטלפון שלך אינו מחובר לרובוט באמצעות Bluetooth - חיבור Bluetooth מונע התרחשות של העלאה. למרות שבדרך כלל אין צורך, הסיכה של מודול ה- Bluetooth היא 123456.

תרגילים 3, 5 ו -7 משתמשים באפליקציית הטלפון החכם "רובוט LOFI" (או באפליקציית "ג'ויסטיק BLE" - אם כי יישום זה לא תמיד עובד עם מכשירי אפל).

תרגילים 8 (סקיצת הרובוט המלאה) משתמשת באפליקציית הטלפון החכם "RemoteXY" לשליטה ברובוט.

המערכון של קוביות LOFI משתמש באפליקציית "בלוקים של LOFI". (שימו לב שאפליקציה זו פועלת בצורה הטובה ביותר במכשירי אפל).

כאשר אתה טוען תרגיל ל- Arduino Create, בנוסף למערכון הארדואינו, ישנן מספר כרטיסיות נוספות המספקות מידע על התרגיל.

תרגיל 1: יסודות ארדואינו –מצמץ את נוריות הלדים על מגן השליטה ברובוט אדום וירוק. אתה יכול לבצע תרגיל זה לאחר שלב (3) בבנייה.

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

תרגיל 2: חיישן ג'ירו - היכרות עם גריוס ומדי תאוצה. אתה יכול לבצע תרגיל זה לאחר שלב (4) בבנייה. עליך להשתמש ב"צג טורי ", עם קצב שידור שהוגדר ל- 115200.

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

תרגיל 3: קישור בלוטות ' - הקימו קישור בלוטות', השתמשו באפליקציית טלפון חכם כדי להדליק ולכבות את נוריות הלדים שבמגן השליטה ברובוט. אתה יכול לבצע תרגיל זה לאחר שלב (5) בבנייה.

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

תרגיל 4: חיישן מרחק אולטרא סאונד (אופציונלי) - היכרות עם החיישן הקולי. אתה יכול לבצע תרגיל זה לאחר שלב (5) בבנייה. עליך להשתמש ב"צג טורי ", עם קצב שידור שהוגדר ל- 115200.

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

תרגיל 5: מנגנון סרוו-היכרות עם מנגנון הסרווו והנעת הזרוע, השתמשו באפליקציית טלפון חכם כדי לשלוט בזווית של זרוע הסרוו. אתה יכול לבצע תרגיל זה לאחר שלב (8) בבנייה. עליך להשתמש ב"צג טורי ", עם קצב שידור שהוגדר ל- 115200.

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

תרגיל 6: מנועי הנעה - היכרות עם מנועים, הפעל את מנועי ההנעה קדימה ואחורה. צריך להפעיל את מארז הסוללות. עליך להשתמש ב"צג טורי ", עם קצב שידור שהוגדר ל- 115200.

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

תרגיל 7: מכונית בסיסית - בנה מכונית פשוטה בעלת שלושה גלגלים (רובוט עם חיבור גלגל שלישי), אנו משתמשים באפליקציית טלפון חכם לשליטה במכונית. משתמש גם בחיישן קולי כדי לעקוב אחר היד שלך. אתה יכול לעשות זאת באותה נקודה בבנייה כמו לעיל. צריך להפעיל את הסוללה ולהכניס את המצורף לגלגל השלישי.

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

תרגיל 8: רובוט איזון מלא - הקוד לרובוט האיזון המלא / תלת גלגלי. השתמש באפליקציית הטלפון החכם "RemoteXY" לשליטה ברובוט.

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

סקיצה של בלוקים של LOFI - כדי להשתמש באפליקציית "בלוקים של LOFI" העלו את הסקיצה הזו לתוך הרובוט. לאחר מכן תוכל לתכנת את הרובוט באמצעות אפליקציית "LOFI Blocks" העושה שימוש בחסימות תכנות הדומות ל- SCRATCH.

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

תרגיל 9: רובוט מעקב אחר קווים. אפשר להוסיף שני חיישני מעקב קו, ולהשתמש בתקע הקולי לחיבור חיישני מעקב הקו לרובוט. שימו לב, החיישנים מחוברים לפינים הדיגיטליים D2 ו- D8.

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

תרגיל 10: בקרת בלוטות '. שימוש ב- Bluetooth ואפליקציית טלפון (RemoteXY) לשליטה על נוריות הרובוט ומנגנון הסרוו. בתרגיל זה התלמידים לומדים על בלוטות ', כיצד להשתמש באפליקציית טלפון לשליטה בדברים מהעולם האמיתי וללמוד על נוריות LED ומנגנוני סרוו.

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

שלב 5: איזון מתמטיקה של רובוט ומבנה התוכנית

הקובץ המצורף נותן סקירה כללית של המתמטיקה ומבנה התוכנה של החלק המאזן של הרובוט.

המתמטיקה שמאחורי רובוט האיזון היא פשוטה ומעניינת יותר ממה שאתה עשוי לחשוב.

לתלמידי בית הספר המתקדם יותר אפשר לקשר את מתמטיקה הרובוט המאזן, לבין לימודי המתמטיקה והפיזיקה שהם עושים בתיכון.

במתמטיקה ניתן להשתמש ברובוט כדי להראות כיצד מיושמים טריגומטריה, בידול ואינטגרציה בעולם האמיתי. הקוד מראה כיצד ההבחנה והאינטגרציה מחושבים מספרית על ידי מחשבים, ומצאנו שהתלמידים מקבלים הבנה מעמיקה יותר של מושגים אלה.

ב- physcis מדי התאוצה והג'ירוסקופים מספקים תובנה לגבי חוקי התנועה, והבנה מעשית של דברים כגון מדוע מדידות מד התאוצה רועשות וכיצד להקל על מגבלות כאלה בעולם האמיתי.

הבנה זו יכולה להוביל לדיונים נוספים למשל, בקרת PID והבנה אינטואיטיבית של אלגוריתמי בקרת משוב.

אפשר לשלב את בניית הרובוט הזה בתכנית הלימודים בבית הספר, או בשילוב עם תכנית צהרונים, החל מתלמידי יסוד ועד תלמידי תיכון.

שלב 6: אביזר מצלמת הזרמת וידאו

יצרנו מצלמת וידיאו מבוססת פטל PI הניתנת לחיבור להרחבת גלגל הגלגלים לרובוט. Is משתמשת ב- WiFi כדי להעביר את זרם הווידאו הזורם לדפדפן אינטרנט.

הוא משתמש באספקת חשמל נפרדת לרובוט ומהווה מודול עצמאי.

הקובץ מספק את פרטי יצירתו.

כחלופה, ניתן לחבר מצלמות הזרמת וידאו עצמאיות אחרות כגון Quelima SQ13 להרחבת גלגל הגלגלים, למשל:

שלב 7: שימוש במנועי N20 במקום מוטורי TT

אפשר להשתמש במנוע N20 במקום במנוע TT.

הרובוט פועל חלק יותר ועובר הרבה יותר מהר עם מנוע N20.

מנועי N20 בהם השתמשתי הם מנועי 3V, 250 סל ד N20, למשל

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

מנועי N20 אינם חזקים ולא נמשכים זמן רב כלשהו, אולי 5-10 שעות שימוש.

מנוע N20 מחייב אותך להדפיס תלת -ממד את תושבות המנוע N20, ויש תוספת גלגל המאפשרת גלגל מנוע TT להתאים לציר הציר של מנוע N20.

ניתן למצוא את תושבות המנוע N20 על ידי חיפוש "balrobot" בגלריית tinkerCAD.