Educació pas a pas en robòtica amb un kit: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Després de bastants mesos construint el meu propi robot (si us plau, consulteu-ho tot), i després de fallar dues vegades les peces, vaig decidir fer un pas enrere i replantejar-me la meva estratègia i direcció.

L’experiència de diversos mesos va ser a vegades molt gratificant, i moltes vegades molt frustrant, molt dura, molt decebedora. Moltes vegades semblaven dos passos endavant, un pas enrere.

I suposo que això es deu a una combinació de diverses coses.

El meu objectiu era construir un robot "real", no una joguina. Un robot gran i potent, amb peces robustes i molta energia disponible de la bateria, que podria funcionar (tot el dia?) I també ser autònom. Que pugui navegar de forma segura per tot el meu apartament sense causar danys (ni a ningú ni a res).

Tot i que progressava molt lentament, la quantitat d’investigacions, proves i errors, proveu-ho, proveu-ho, requeria molt de temps i requeria molta energia mental / emocional.

Després de fallar dues vegades les mateixes parts, seria una bogeria tan sols substituir-les una vegada més i continuar.

Va ser amb un cor pesat que vaig decidir deixar que el projecte actual "Wallace" tornés a la plataforma, sobretot perquè estava tan a prop d'incorporar una IMU al programari operatiu dels robots.

Què fer ara?

Va succeir que durant la darrera setmana del meu projecte de robot "fes-ho jo mateix", a la feina feia un curs de programari en línia. El curs és irrellevant: el que em va impressionar va ser el bo que va ser. L'instructor pràcticament guiava l'espectador de la mà, pas a pas, i es podia seguir, posar en pausa el vídeo, fer el problema de programació (només una petita peça a la vegada) i després veure com la solució corresponia a l'instructor.

I, encara millor, tota la sèrie gira al voltant d’un projecte de programari real, que és fàcilment útil per a necessitats empresarials de llocs web del món real.

Va ser tan gratificant, tan NO estressant, no haver-me de preguntar "què hauria d'aprendre després? Com m'agradaria fer / aprendre 'X'"?

Així, doncs, entre el que passava a la feina i el fracàs de les peces a casa i el fet que jo estigués tan esgotat per la quantitat d’esforç que desitjava una cosa semblant al curs en línia que feia per treballar, però que fos per aprendre robòtica.

El que NO volia és repetir els darrers mesos. No volia comprar cap altre kit de robots, i després llançar-ne més per fer-lo fer el que vull que faci. I tampoc no volia una solució completament preparada, ja que llavors què aprendria? Ja he fet el "muntatge-el-teu-primer-robot".

Pas 1: la robòtica és …

El problema amb l’aprenentatge real de la robòtica és que hi participen moltíssimes coses. És la intersecció d'almenys (si no més) d'aquests:

• Enginyeria Mecànica
• enginyeria elèctrica / electrònica
• Enginyeria de software

Cadascuna de les anteriors es pot aprofundir (cosa que no faré aquí). La qüestió és: hi ha molt per aprendre.

Vaig decidir seguir un enfocament de dues vessants i, per tant, aquest "instruïble" perquè el lector el considerés. Vaig decidir abordar o començar en dues direccions diferents però complementàries alhora.

• Reviseu / Milloreu activat / apreneu / amplieu l’anàlisi de circuits de CC i CA.
• Cerqueu un curs / programa que sigui una combinació de teoria / conferència i pràctica i que giri al voltant d’un kit de robots.

Pas 2: Enginyeria elèctrica de corrent continu i corrent altern

El motiu pel qual vull dedicar temps a aprendre i revisar aquesta àrea és perquè les parts del robot probablement han fallat a causa de la meva manca de proteccions adequades del circuit en determinades zones. Si reviseu les instruccions relacionades amb els robots, encara crec que són molt bones i útils, fins i tot ara. Només hi havia un cert segment de peces que fallaven i només després d’un cert temps.

Per concretar-ho, el robot incloïa una superfície de nivell superior sobre la qual hi havia el que jo anomeno "circuits de suport". Aquests són els circuits relacionats amb l’expansió i el sensor GPIO, les plaques de ruptura, els xips, la distribució d’energia i el cablejat necessaris per controlar i controlar tot tipus de sensors, per tal que el robot sigui segur i autònom.

Només van fallar algunes d'aquestes parts, però van fallar.

Vaig escriure a un fòrum d’enginyeria i vaig rebre respostes. Va ser la quantitat de detalls i el nivell de respostes que em van agradar molt que no estic preparat per al nivell de robot que tinc en ment.

Hi ha un món de diferències entre un petit robot que té dos motors econòmics, potser un controlador de motor de 2/3 Amp, potser un parell de sensors, que podeu portar en una mà, i un que pesa més de 20 lliures i motors de 20A molt potents, i més de 15 sensors, que poden causar danys reals si alguna cosa surt malament.

Per tant, era el moment de fer un cop d'ull a l'electrònica de corrent continu i corrent altern. I he trobat aquest lloc:

DVD del tutor de matemàtiques. Em va semblar que el títol era una mica hokey i obsolet. Fa anys que no he vist ni un CD ni un DVD. Dret?

Però sí que ho vaig fer. I finalment em vaig subscriure i ara puc transmetre vídeos durant tot el dia si ho desitjo. Tot per 20 USD al mes. Fins ara he cobert el volum 1.

Penseu a estar a classe amb un professor al davant, amb una pissarra, introduint temes, elaborant-los, i després és pràctica, pràctica, pràctica. I això és el que és aquest lloc.

Finalment vam haver de tocar l’àlgebra matricial perquè els circuits tenien massa equacions simultànies amb el mateix nombre d’incògnites. Però està bé. Repassa l’àlgebra el suficient per superar els problemes. Si l'estudiant en vol més, també hi ha cursos separats de física matemàtica. Fins ara ha estat un programa molt bo.

La meva esperança és que quan arribi a aquests cursos, arribi a les respostes als meus problemes amb falles de les peces i estigui preparat per a futures robòtiques en l’àmbit de l’electrònica.

Pas 3: formació i projecte en robòtica

Però aquí teniu la millor part. El pas anterior potser pot ser una mica sec i no gratificant. (Tot i que, un cop superat un punt determinat, podreu triar les vostres pròpies parts, dissenyar el vostre propi circuit i construir el que vulgueu. Digueu que volíeu construir (només per diversió) un transmissor de ràdio i un receptor. Digueu que volíeu que fos amb la vostra pròpia elecció de freqüència i protocol. Sabríeu dissenyar els vostres propis circuits.)

Hi ha alguna cosa més a fer alhora: un curs de robòtica. Un autèntic curs de robòtica.

(Si només voleu que la placa de microcontroladors faci les vostres coses (estic composant una sèrie d’instructibles que us poden ser útils), la pròpia placa de desenvolupament MSP432 és relativament econòmica a uns 27 dòlars. Podeu consultar-ho a Amazon, Digikey, Newark, Element14 o Mouser.)

Succeeix que recentment Texas Instruments ha produït un curs tan complet. El kit d'aprenentatge de sistemes de robòtica TI. No deixeu que la part del "kit" us enganyi. Això és molt més que "construir un altre petit robot". Mireu seriosament aquest enllaç.

Em va costar 200 dòlars per un kit complet. També podeu veure el vídeo adjunt que he posat per a aquest pas.

Mireu tots aquests mòduls d'aprenentatge:

• Començant
• Mòdul 1: Execució de codi al LaunchPad mitjançant CCS (les meves observacions del laboratori 1)
• Mòdul 2 - Voltatge, corrent i potència (generador de senyal i capacitància instructables elaborats a partir del laboratori 2)
• Mòdul 3 - ARM Cortex M (aquí teniu notes de laboratori 3 que es poden instruir: es compara el conjunt amb "C")
• Mòdul 4 - Disseny de programari mitjançant MSP432 (vídeo de les notes de Lab 4, vídeo núm. 2 de Lab 4)
• Mòdul 5 - Regulació de la bateria i el voltatge
• Mòdul 6: GPIO (fes un cop d'ull a la part 1, a la part 2 i a la part 3 que es pot instruir al laboratori 6, però amb el focus en la programació de muntatges)
• Mòdul 7 - Màquines d'estat finit (muntatge de la primera part del laboratori 7)
• Mòdul 8: interfície d'entrada i sortida
• Mòdul 9: temporitzador SysTick
• Mòdul 10: depuració de sistemes en temps real
• Mòdul 11: pantalla de cristall líquid
• Mòdul 12 - Motors de corrent continu
• Mòdul 13 - Temporitzadors
• Mòdul 14 - Sistemes en temps real
• Mòdul 15 - Sistemes d’adquisició de dades
• Mòdul 16: tacòmetre
• Mòdul 17 - Sistemes de control
• Mòdul 18 - Comunicació en sèrie
• Mòdul 19 - Bluetooth de baixa energia
• Mòdul 20: Wi-Fi
• Competeix desafiaments

Aquest vídeo de TI pot dir el que volia expressar molt millor que jo.

Pas 4: utilitzeu el currículum de robòtica com a punt de partida

Tot i que no és fàcil, o no està proscrit, podeu ampliar les conferències, laboratoris, activitats, etc., que ofereix el currículum.

Per exemple, he enllaçat alguns altres instructables amb aquest (vegeu el pas anterior on es detallen tots els mòduls d'aprenentatge) on he intentat ampliar fent més amb l'electrònica (condensadors) o intentar escriure el codi en el muntatge a a més d’escriure-la en C.

Com més estigueu familiaritzat amb la programació de muntatges, millor podreu ser un programador de llenguatge de nivell superior; les millors opcions que faràs en els projectes.

Pas 5: Arduino Vs MSP432 (treball en curs)

En aquell moment, no ho sabia amb certesa, però tenia aquesta impressió … aquí teniu un fragment d'un article que pot expressar-ho millor que jo:

Diferències entre Arduino i MSP432401R: Ara veurem per què hem escollit MSP432 en lloc del popular Arduino. Arduino pot ser molt senzill de programar i prototipar a causa de totes les API disponibles, però quan es tracta d’un millor control del maquinari, MSP432 té l’avantatge. Amb l’ajuda de CCS, no només podem accedir a l’espai d’adreces de MSP432, sinó també pot canviar valors de registres diferents que afectaran adequadament diferents configuracions. Arduino no és només un microcontrolador, és pràcticament com un embolcall al voltant d’un microcontrolador. Arduino és com un pastís cuit mentre que MSP432 és com una taronja crua que hem de cuinar nosaltres mateixos. Amb sort, això clarifica les diferents aplicacions d’ambdues. Per a les primeres etapes es pot utilitzar Arduino, però quan el rendiment esdevé crític, el TI MSP432 funciona molt millor pel control del maquinari.

Aquest fragment es treu d’aquí.

Pas 6: Raspberry Pi 3 B contra MSP432 (treball en curs)

La comparació no és realment justa, ja que el Pi és realment un microordinador i el MSP és un micro controlador.

Tot i això, amb el T. I. El kit de robòtica, s’utilitza com a cervell d’un robot.

Viouslybviament, el Pi té molta més memòria.

El Pi, que funciona amb Raspbian, no és un sistema operatiu en temps real. Aquest inconvenient podria entrar en joc si estigués interessat a obtenir mesures (temporització) precises d'un sensor.

El MSP de la placa de desenvolupament inclou dos LED d’ús general (almenys un, potser tots dos, són RGB), i la placa també inclou dos commutadors momentanis d’ús general.