Edukacja krok po kroku w robotyce z zestawem: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Po kilku miesiącach budowania własnego robota (proszę odnieść się do tych wszystkich) i po dwukrotnej awarii części, postanowiłem zrobić krok wstecz i ponownie przemyśleć swoją strategię i kierunek.

Kilkumiesięczne doświadczenie było czasami bardzo satysfakcjonujące, a często bardzo frustrujące, bardzo trudne, bardzo rozczarowujące. Wiele razy wydawało się, że to dwa kroki do przodu, jeden krok do tyłu.

I myślę, że wynika to z połączenia kilku rzeczy.

Moim celem było zbudowanie „prawdziwego” robota, a nie zabawki. Duży, mocny robot, z solidnymi częściami i dużą ilością dostępnej energii akumulatora, który mógłby pracować (cały dzień?), a także być autonomiczny. Żeby mógł bezpiecznie poruszać się po całym moim mieszkaniu bez powodowania (sobie lub komukolwiek/czegokolwiek) szkód.

Podczas gdy robiłem postępy bardzo powoli, ilość badań, prób i błędów, próbuj tego, próbuj tamtego, była bardzo czasochłonna i pochłaniała dużo mentalnej/emocjonalnej energii.

Po dwukrotnym uszkodzeniu tych samych części, szaleństwem byłoby po prostu je wymienić i kontynuować.

Z ciężkim sercem zdecydowałem, aby obecny projekt „Wallace” wrócił na półkę, zwłaszcza że byłem tak blisko włączenia IMU do oprogramowania operacyjnego robotów.

Więc co teraz robić?

Tak się złożyło, że w ostatnim tygodniu mojego projektu robota „zrób to sam” w pracy brałem udział w kursie oprogramowania online. Kurs nie ma znaczenia - wrażenie zrobiło na mnie to, jak dobry był. Instruktor praktycznie prowadził widza za rękę, krok po kroku, i można było podążać za nim, zatrzymać wideo, zrobić problem programistyczny (tylko mały kawałek na raz), a następnie zobaczyć, jak własne rozwiązanie pasuje do instruktora.

I – jeszcze lepiej – cała seria kręci się wokół prawdziwego projektu oprogramowania, które jest w rzeczywistości łatwo przydatne w rzeczywistych potrzebach biznesowych związanych z witrynami internetowymi.

To było tak satysfakcjonujące, tak NIE stresujące, że nie musiałem się zastanawiać „czego powinienem się nauczyć dalej?

Tak więc, między tym, co działo się w pracy, a częściami, które zawodzą w domu i mną tak wyczerpanym wysiłkiem, że marzyłem o czymś podobnym do kursu online, który brałem do pracy - ale żeby to było do nauki robotyki.

To czego NIE chciałem, to powtórzenie ostatnich kilku miesięcy. Nie chciałem kupować kolejnego zestawu robota, a potem grzebać jeszcze trochę, aby zrobić to, co chcę. Nie chciałem też gotowego, gotowego do użycia rozwiązania, bo wtedy czego bym się nauczył? Zrobiłem już "złóż-swojego-pierwszego-robota".

Krok 1: Robotyka to…

Problem z prawdziwą nauką robotyki polega na tym, że jest w nią tak wiele. Jest to przecięcie co najmniej (jeśli nie więcej) tych:

• Inżynieria mechaniczna
• elektrotechnika / elektronika
• Inżynieria oprogramowania

Każde z powyższych może być dalej rozwijane (czego tutaj nie zrobię). Chodzi o to, że jest DUŻO do nauczenia się.

Zdecydowałem się na dwutorowe podejście, a tym samym to „pouczające”, do rozważenia przez czytelnika. Postanowiłem zmierzyć się lub rozpocząć w dwóch różnych, ale uzupełniających się kierunkach jednocześnie.

• Przejrzyj / Popraw się / Dowiedz się / Rozwiń analizę obwodów DC i AC
• Znajdź kurs/program, który jest połączeniem teorii/wykładu i zajęć praktycznych i obraca się wokół zestawu robota.

Krok 2: Inżynieria elektryczna DC i AC

Powodem, dla którego chcę poświęcić czas na naukę i przeglądanie tego obszaru, jest to, że części robota najprawdopodobniej zawiodły z powodu braku zapewnienia odpowiednich zabezpieczeń obwodów w niektórych obszarach. Jeśli przejrzysz instrukcje dotyczące robotów, nadal uważam, że są one bardzo dobre i przydatne, nawet teraz. Tylko pewien segment części uległ awarii i to dopiero po pewnym czasie.

Mówiąc konkretnie, robot zawierał powierzchnię najwyższego poziomu, na której znajdowało się coś, co nazywam „obwodami podtrzymującymi”. Są to obwody związane z rozszerzeniem portów GPIO i czujnikami, tablice zaciskowe, układy scalone, dystrybucja zasilania i okablowanie potrzebne do monitorowania i sterowania wszelkiego rodzaju czujnikami, aby robot był bezpieczny i autonomiczny.

Tylko kilka z tych części zawiodło - ale BYŁY.

Napisałem na forum inżynierskie i otrzymałem odpowiedzi. Ilość szczegółów i poziom odpowiedzi, które naprawdę do mnie dotarły, sprawiły, że po prostu nie jestem przygotowany na poziom robota, który mam na myśli.

Istnieje ogromna różnica między małym zestawem robota, który ma dwa niedrogie silniki, może sterownik silnika 2/3 A, może kilka czujników, które można nosić w jednej ręce – a taki, który waży ponad 20 funtów i ma bardzo mocne silniki 20A i ponad 15 czujników, które mogą wyrządzić poważne szkody, jeśli coś pójdzie nie tak.

Nadszedł więc czas, aby ponownie przyjrzeć się elektronice prądu stałego i przemiennego. I znalazłem tę stronę:

DVD z nauczycielem matematyki. Uważam, że tytuł jest trochę dziwny i przestarzały. Od lat nie widziałem nawet CD ani DVD. Dobrze?

Ale spojrzałem na to. I w końcu zasubskrybowałem i teraz mogę strumieniować filmy przez cały dzień, jeśli chcę. Wszystko za 20 USD miesięcznie. Do tej pory omówiłem Tom 1.

Pomyśl o byciu na zajęciach z profesorem na czele, z tablicą, wprowadzeniem tematów, rozwinięciem ich, a potem praktyka, praktyka, praktyka. I tym właśnie jest ta strona.

W końcu musieliśmy trafić na algebrę macierzową, ponieważ obwody miały zbyt wiele równoczesnych równań z taką samą liczbą niewiadomych. Ale jest dobrze. Przechodzi przez algebrę na tyle, aby przejść przez problemy. Jeśli uczeń chce więcej, istnieją również osobne kursy matematyki z fizyki. Do tej pory był to bardzo dobry program.

Mam nadzieję, że do czasu ukończenia tych kursów dojdę do odpowiedzi na moje problemy z wadliwymi częściami i będę gotowy na przyszłą robotykę w dziedzinie elektroniki.

Krok 3: Szkolenie i projekt w zakresie robotyki

Ale oto najlepsza część. Poprzedni krok może być trochę suchy i nie satysfakcjonujący. (Chociaż, gdy przekroczysz pewien punkt, będziesz mógł wybrać własne części, zaprojektować własny obwód i zbudować, co chcesz. Powiedzmy, że chciałeś zbudować (tylko dla zabawy) nadajnik radiowy i odbiornik. Powiedz, że chciałeś, aby było to z twoim własnym wyborem częstotliwości i protokołu. Wiesz, jak zaprojektować własne obwody.)

Jest jeszcze coś do zrobienia w tym samym czasie: kurs robotyki. Prawdziwy kurs robotyki.

(Jeśli chcesz, aby płyta mikrokontrolera robiła tylko twoje rzeczy (komponuję serię instrukcji, które mogą być pomocne), sama płyta rozwojowa MSP432 jest stosunkowo niedroga za około 27 USD. Możesz sprawdzić w Amazon, Digikey, Newark, Element14 lub Mouser.)

Tak się składa, że niedawno Texas Instruments wyprodukował tak obszerny kurs. Zestaw edukacyjny TI Robotics Systems. Proszę nie daj się zwieść części "zestawu". To znacznie więcej niż tylko „zbuduj kolejny mały zestaw robota”. Proszę uważnie przyjrzeć się temu linkowi.

Kosztował mnie 200 USD za kompletny zestaw. Możesz również obejrzeć załączony film, który umieściłem w tym kroku.

Spójrz na wszystkie te moduły edukacyjne:

• Pierwsze kroki
• Moduł 1 - Uruchamianie kodu na LaunchPad za pomocą CCS (moje obserwacje z Lab 1)
• Moduł 2 - Napięcie, prąd i moc (generator sygnału i instrukcje dotyczące pojemności opracowane z laboratorium 2)
• Moduł 3 - ARM Cortex M (tu uwagi Lab 3 Instructable - porównanie montażu do "C")
• Moduł 4 - Projektowanie oprogramowania przy użyciu MSP432 (film z notatkami do laboratorium 4, film wideo nr 2 z laboratorium 4)
• Moduł 5 - Bateria i regulacja napięcia
• Moduł 6 - GPIO (sprawdź Lab 6 Instructable Part 1, Part 2 i Part 3, ale z naciskiem na programowanie w asemblerze)
• Moduł 7 - Automaty skończone (złożenie w laboratorium 7, część 1)
• Moduł 8 - Interfejs wejścia i wyjścia
• Moduł 9 - Zegar SysTick
• Moduł 10 - Debugowanie systemów czasu rzeczywistego
• Moduł 11 – Wyświetlacz ciekłokrystaliczny
• Moduł 12 - Silniki prądu stałego
• Moduł 13 - Zegary
• Moduł 14 - Systemy czasu rzeczywistego
• Moduł 15 - Systemy akwizycji danych
• Moduł 16 - Obrotomierz
• Moduł 17 - Systemy sterowania
• Moduł 18 - Komunikacja szeregowa
• Moduł 19 - Bluetooth Low Energy
• Moduł 20 - Wi-Fi
• Rywalizuj Wyzwania

Ten film z TI może powiedzieć to, co chciałem wyrazić znacznie lepiej niż potrafię.

Krok 4: Użyj programu nauczania robotyki jako punktu wyjścia

Chociaż nie jest to łatwe lub nie jest zgodne z zaleceniami, możesz rozszerzyć wykłady, laboratoria, zajęcia itp., które oferuje program nauczania.

Na przykład połączyłem kilka innych instrukcji z tym (patrz poprzedni krok zawierający wszystkie moduły edukacyjne), w których próbowałem albo rozszerzyć się, robiąc więcej z elektroniką (kondensatory), albo spróbować napisać kod w asemblerze w oprócz pisania w C.

Im bardziej jesteś zaznajomiony z programowaniem w asemblerze, tym lepszym programistą języka wyższego poziomu możesz być; tym lepszych wyborów dokonasz w projektach.

Krok 5: Arduino Vs MSP432 (praca w toku)

Wtedy nie wiedziałem tego z całą pewnością, ale miałem takie wrażenie… oto fragment artykułu, który może wyrazić to lepiej niż ja:

Różnice między Arduino i MSP432401R: Teraz zobaczymy, dlaczego wybraliśmy MSP432 w przeciwieństwie do bardzo popularnego Arduino. Arduino może być dość proste w programowaniu i prototypowaniu ze względu na wszystkie dostępne API, ale jeśli chodzi o lepszą kontrolę sprzętu, MSP432 ma tę przewagę. Z pomocą CCS możemy nie tylko uzyskać dostęp do przestrzeni adresowej MSP432, ale także może zmieniać wartości różnych rejestrów, co odpowiednio wpływa na różne ustawienia. Arduino to nie tylko mikrokontroler, to praktycznie owinięcie wokół mikrokontrolera. Arduino jest jak ugotowane ciasto, podczas gdy MSP432 jest jak surowa pomarańcza, którą sami musimy ugotować. Miejmy nadzieję, że wyjaśnia to różne zastosowania obu z nich. Na początkowych etapach można użyć Arduino, ale gdy wydajność staje się krytyczna, TI MSP432 działa znacznie lepiej ze względu na kontrolę nad sprzętem.

Ten fragment pochodzi stąd.

Krok 6: Raspberry Pi 3 B Vs MSP432 (praca w toku)

Porównanie nie jest uczciwe, ponieważ Pi to tak naprawdę mikrokomputer, a MSP to mikrokontroler.

Jednak z T. I. Kurs Robotics Kit, jest używany jako mózg robota.

Oczywiście Pi ma znacznie więcej pamięci.

Pi, działający w magazynie Raspbian, nie jest systemem operacyjnym czasu rzeczywistego. Ta wada może wejść w grę, jeśli jesteś zainteresowany uzyskaniem dokładnych pomiarów (czasu) z czujnika.

Moduł MSP na płytce rozwojowej zawiera dwie diody LED ogólnego przeznaczenia (przynajmniej jedna, a może obie to RGB), a na płytce znajdują się również dwa krótkotrwałe przełączniki przyciskowe ogólnego przeznaczenia.