Educazione passo passo in robotica con un kit: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Dopo alcuni mesi di costruzione del mio robot (fai riferimento a tutti questi), e dopo due volte che le parti si sono guastate, ho deciso di fare un passo indietro e ripensare alla mia strategia e direzione.

L'esperienza di diversi mesi è stata a volte molto gratificante, e molte volte molto frustrante, molto dura, molto deludente. Molte volte sembravano due passi avanti, uno indietro.

E immagino che sia dovuto a una combinazione di diverse cose.

Il mio obiettivo era costruire un robot "reale", non un giocattolo. Un robot grande e potente, con parti robuste e molta energia a batteria disponibile, che potrebbe funzionare (tutto il giorno?) ed essere anche autonomo. Che potesse navigare in sicurezza nel mio intero appartamento senza causare danni (a se stesso oa nessuno/qualcosa).

Mentre stavo facendo progressi molto lentamente, la quantità di ricerche, tentativi ed errori, prova questo, prova quello, richiedeva molto tempo e richiedeva molta energia mentale / emotiva.

Dopo che le stesse parti si sono guastate due volte, sarebbe una follia sostituirle ancora una volta e continuare ad andare avanti.

È stato con il cuore pesante che ho scelto di lasciare che l'attuale progetto "Wallace" tornasse sullo scaffale, soprattutto perché ero così vicino a incorporare un IMU nel software operativo dei robot.

Quindi cosa si fa adesso

È successo che durante l'ultima settimana del mio progetto robot "fai da te", al lavoro stavo seguendo un corso di software online. Il corso è irrilevante: ciò che mi ha colpito è stato quanto fosse bello. L'istruttore praticamente guidava lo spettatore per mano, passo dopo passo, e si poteva seguire, mettere in pausa il video, fare il problema di programmazione (solo un piccolo pezzo alla volta), e poi vedere come la propria soluzione corrispondeva a quella dell'istruttore.

E - ancora meglio - l'intera serie ruota attorno a un vero progetto software, che in realtà è facilmente utile per le esigenze aziendali del sito web del mondo reale.

È stato così gratificante, così NON stressante, non doversi chiedere "cosa dovrei imparare dopo? Come potrei fare/imparare 'X'"?

Quindi, tra quello che stava succedendo al lavoro, e le parti che non funzionavano a casa e io che ero così esausto per la quantità di sforzo, che desideravo qualcosa di simile al corso online che stavo seguendo per lavoro, ma che fosse per imparare la robotica.

Quello che NON volevo era ripetere gli ultimi mesi. Non volevo comprare l'ennesimo kit di robot, e poi dimenarti ancora per fargli fare quello che voglio che faccia. E inoltre non volevo una soluzione completamente costruita e pronta all'uso perché allora cosa avrei imparato? Ho già fatto "assembla il tuo primo robot".

Passaggio 1: la robotica è…

Il problema con l'apprendimento della robotica è che c'è così tanto coinvolto. È l'intersezione di almeno (se non di più) questi:

• industria meccanica
• ingegneria elettrica/elettronica
• Ingegneria software

Ciascuno dei precedenti può essere ulteriormente elaborato (cosa che non farò qui). Il punto è: c'è molto da imparare.

Ho deciso di seguire un approccio su due fronti, e quindi questo "Instructable", da considerare per te lettore. Ho deciso di affrontare o partire in due direzioni diverse ma complementari contemporaneamente.

• Rivedere / Migliorare / Imparare / Espandere l'analisi dei circuiti CC e CA
• Trova un corso/programma che sia una combinazione di teoria/lezione e pratica e ruoti attorno a un kit di robot.

Passaggio 2: ingegneria elettrica CC e CA

Il motivo per cui voglio dedicare del tempo all'apprendimento e alla revisione di quest'area è perché le parti del robot molto probabilmente si sono guastate a causa della mia mancanza di protezioni del circuito adeguate in determinate aree. Se recensisci gli Instructables relativi ai robot, penso ancora che siano molto buoni e utili, anche ora. Era solo un certo segmento di parti che si guastava, e solo dopo un po' di tempo.

Per essere precisi, il robot includeva una superficie di livello superiore sulla quale c'era quello che io chiamo "circuiti di supporto". Questi sono i circuiti di espansione della porta GPIO e relativi ai sensori, le schede breakout, i chip, la distribuzione dell'alimentazione e il cablaggio necessari per monitorare e controllare tutti i tipi di sensori, affinché il robot sia sicuro e autonomo.

C'erano solo alcune di quelle parti che si guastavano, ma stavano fallendo.

Ho scritto a un forum di ingegneria e ho ricevuto risposte. È stata la quantità di dettagli e il livello delle risposte che mi ha davvero colpito il fatto che non sono preparato per il livello di robot che ho in mente.

C'è un mondo di differenza tra un piccolo kit robot che ha due motori economici, forse un controller motore da 2/3 Amp, forse un paio di sensori, che puoi portare in una mano - e uno che pesa più di 20 libbre e ha motori molto potenti da 20A e fino a 15 sensori, che possono fare danni reali se qualcosa va storto.

Quindi, era tempo di dare un'altra occhiata all'elettronica DC e AC. E ho trovato questo sito:

DVD per l'insegnante di matematica. Ho trovato il titolo un po' sdolcinato e obsoleto. Sono anni che non vedo nemmeno un CD o un DVD. Destra?

Ma ci ho dato un'occhiata. E alla fine mi sono iscritto e ora posso trasmettere video in streaming tutto il giorno se lo desidero. Tutto per $ 20 USD al mese. Finora ho trattato il volume 1.

Pensa di essere in una classe con un professore in prima fila, con una lavagna, che introduce argomenti, elabora su di essi, e poi è pratica, pratica, pratica. Ed ecco cos'è questo sito.

Alla fine abbiamo dovuto colpire l'algebra delle matrici perché i circuiti avevano troppe equazioni simultanee con lo stesso numero di incognite. Ma va bene. Ripassa l'algebra quel tanto che basta per superare i problemi. Se lo studente vuole di più, ci sono anche corsi separati di fisica matematica. Finora è stato un ottimo programma.

La mia speranza è che quando avrò completato questi corsi, arriverò alle risposte ai miei problemi con le mie parti difettose e sarò pronto per la futura robotica nel campo dell'elettronica.

Fase 3: Formazione e progetto sulla robotica

Ma ecco la parte migliore. Il passaggio precedente può forse essere un po' secco e non gratificante. (Anche se, una volta superato un certo punto, sarai in grado di scegliere le tue parti, progettare il tuo circuito e costruire quello che vuoi. Diciamo che vuoi costruire (solo per divertimento) un trasmettitore radio e un ricevitore. Diciamo che volevi che fosse con la tua scelta di frequenza e protocollo. Sapresti come progettare i tuoi circuiti.)

C'è qualcos'altro da fare allo stesso tempo: un corso di robotica. Un vero corso di robotica.

(Se vuoi solo che la scheda del microcontrollore faccia le tue cose (sto componendo una serie di Instructables che potrebbero essere utili), la stessa scheda di sviluppo MSP432 è relativamente economica a circa $ 27 USD. Puoi verificare con Amazon, Digikey, Newark, Element14 o Mouser.)

Si dà il caso che di recente Texas Instruments abbia prodotto un corso così completo. Il kit didattico dei sistemi TI Robotics. Per favore, non lasciarti ingannare dalla parte del "kit". Questo è molto più di un semplice "costruire un altro piccolo kit di robot". Si prega di dare un'occhiata seria a quel link.

Mi è costato $ 200 USD per un kit completo. Puoi anche visualizzare il video allegato che ho inserito per questo passaggio.

Guarda tutti questi moduli di apprendimento:

• Iniziare
• Modulo 1 - Esecuzione del codice sul LaunchPad utilizzando CCS (le mie osservazioni di Lab 1)
• Modulo 2 - Tensione, Corrente e Potenza (generatore di segnale e capacità Instructables elaborati dal Lab 2)
• Modulo 3 - ARM Cortex M (qui le note di Lab 3 Instructable - confronto tra assemblaggio e "C")
• Modulo 4 - Progettazione software utilizzando MSP432 (video delle note del Lab 4, video n. 2 del Lab 4)
• Modulo 5 - Regolazione della batteria e della tensione
• Modulo 6 - GPIO (dai un'occhiata a Lab 6 Instructable Part 1, Part 2 e Part 3 ma con particolare attenzione alla programmazione dell'assieme)
• Modulo 7 - Macchine a stati finiti (Lab 7 Parte 1 Assemblaggio)
• Modulo 8 - Interfacciamento ingressi e uscite
• Modulo 9 - Timer SysTick
• Modulo 10 - Debug dei sistemi in tempo reale
• Modulo 11 - Display a cristalli liquidi
• Modulo 12 - Motori DC
• Modulo 13 - Timer
• Modulo 14 - Sistemi in tempo reale
• Modulo 15 - Sistemi di acquisizione dati
• Modulo 16 - Contagiri
• Modulo 17 - Sistemi di controllo
• Modulo 18 - Comunicazione seriale
• Modulo 19 - Bluetooth Low Energy
• Modulo 20 - Wi-Fi
• Sfide gara

Questo video di TI può dire quello che volevo esprimere molto meglio di quanto posso fare.

Passaggio 4: utilizzare il curriculum di robotica come punto di partenza

Sebbene non sia facile, o non così proibito, potresti espandere le lezioni, i laboratori, le attività, ecc., Che il curriculum offre.

Ad esempio, ho collegato alcuni altri Instructables in questo (vedi il passaggio precedente che elenca tutti i moduli di apprendimento) in cui ho provato a espandermi facendo di più con l'elettronica (condensatori) o provando a scrivere il codice in assembly in oltre a scriverlo in C.

Più hai familiarità con la programmazione assembly, più puoi essere un programmatore di linguaggi di livello superiore; le scelte migliori che farai nei progetti.

Passaggio 5: Arduino Vs MSP432 (lavori in corso)

All'epoca non lo sapevo con certezza, ma ho avuto questa impressione… ecco un estratto di un articolo che può esprimerlo meglio di me:

Differenze tra Arduino e MSP432401R: ora vedremo perché abbiamo scelto MSP432 rispetto al molto popolare Arduino. Arduino potrebbe essere abbastanza semplice da programmare e prototipare a causa di tutte le API disponibili, ma quando si tratta di un migliore controllo dell'hardware, MSP432 ha il vantaggio. Con l'aiuto di CCS, non solo possiamo accedere allo spazio degli indirizzi di MSP432 ma anche noi può modificare i valori di registri diversi che influenzeranno opportunamente le diverse impostazioni. Arduino non è solo un microcontrollore, è praticamente come un involucro attorno a un microcontrollore. Arduino è come una torta cotta mentre MSP432 è come un'arancia cruda che dobbiamo cucinare noi stessi. Si spera che questo chiarisca le diverse applicazioni di entrambi. Per le fasi iniziali è possibile utilizzare Arduino, ma quando le prestazioni diventano critiche, TI MSP432 funziona molto meglio grazie al controllo sull'hardware.

Quel brano è tratto da qui.

Passaggio 6: Raspberry Pi 3 B Vs MSP432 (lavori in corso)

Il confronto non è molto equo, poiché il Pi è in realtà un micro computer e l'MSP è un micro controller.

Tuttavia, con il T. I. Corso Robotics Kit, viene utilizzato come cervello per un robot.

Ovviamente, il Pi ha molta più memoria.

Il Pi, che esegue Raspbian di serie, non è un sistema operativo in tempo reale. Questo inconveniente potrebbe entrare in gioco se foste interessati a ottenere misurazioni precise (timing) da un sensore.

L'MSP sulla scheda di sviluppo include due LED per uso generale (almeno uno, forse entrambi, sono RGB) e la scheda include anche due interruttori a pulsante momentanei per uso generale.