zajímavý

Postavte robotické rameno Kickass: Perfektní projekt Arduino pro začátečníky

Arduino je levný a zábavný způsob, jak se dostat do budování vlastní elektroniky. Může být také skličující začít. Zde vám ukážeme, jak získat základní nátěr Arduino se zabijáckým projektem: vybudování sladké robotické paže.

V této příručce vás seznámíme s Arduino pomocí projektu ramene robota meArm jako průvodce různými dovednostmi. MeArm je sada s otevřeným zdrojovým kódem se všemi částmi, které potřebujete k vytvoření malé robotické paže poháněné Arduino. Můžete si objednat hotovou sadu z obchodů, jako je Hackaday, nebo si stáhnout plány z Thingiverse a vystřihnout je sami. Můžete použít laserovou řezačku, 3D tiskárnu nebo dokonce vyřezat díly ze dřeva. Soupravy jsou relativně levné (mám svůj asi za 50 $), takže je docela přístupný.

Proč robotická paže?

Učení se jakékoli nové dovednosti je vždy výzvou. Arduino může být obzvlášť skličující, protože se v podstatě učíte, jak sestavit celá elektronická zařízení od nuly. Vyžaduje to naučit se několik nových dovedností najednou: elektřinu, prkénko, kódování, senzory, serva, dálková ovládání, montáž a další.

Každá z těchto dovedností může být obtížná se naučit sama. Přestože je online řada tutoriálů, je důležité mít jediný zastřešující cíl, na kterém můžete pracovat. Také víme, že se váš mozek učí lépe, když své učení rozložíte v průběhu času. S něčím, na co jste nadšeni, nemohlo ublížit.

Budování robotického ramene je dlouhodobý projekt, který dokáže pokrýt všechny tyto potřeby najednou. Osobně jsem se pokoušel učit Arduino projekty off-and-on za posledních devět měsíců, a v té době, robot rameno bylo nejlepší zkušenost, kterou jsem měl, zejména proto, že:

  • Je to komplexní: Najít první projekt je těžké. Najít ten, který vás skutečně něco naučí, je ještě těžší. Můžete vytvořit LED obvod docela snadno, ale pak už máte jen LED obvod. Naučení se sestavit robotické rameno vás naučí, jak prkénko na prkénko, jak programovat Arduino a jak pracovat s pohyblivými částmi. Nakonec budete mít skutečnou fyzickou věc, která bude dělat to, co naprogramujete. Po stisknutí tlačítka se rozsvítí nejen kontrolka konceptu.
  • Je to rozšiřitelné: Pokud nás 45 různých obleků Iron Manu naučilo něco, je to tak, že vždy můžete vylepšit robota. Tato sada robotických ramen začíná některými základními dovednostmi, ale můžete na ní stavět s celou řadou rozšíření. Můžete přidat dálková ovládání (jako je infračervený nebo Bluetooth) a dokonce se naučit, jak rozšířit možnosti vašeho Arduina pomocí dalších štítů. Stačí se zeptat „Co jiného mohu udělat?“ A můžete najít nejrůznější nové dovednosti, které byste se měli naučit, aniž byste museli začít nový projekt od nuly.
  • Je to friggin 'cool: Je pravděpodobné, že pokud čtete tak daleko, je to proto, že myšlenka mít svého vlastního robota vás vzrušuje. Roboti jsou v pohodě. Mohou se také cítit futuristicky a nepřístupně. Pokud je učení lepší, když jste nadšeni tím, co se učíte, pak je těžké porazit robotickou ruku, aby se vloupala do světa Arduino.

Vše, co bylo řečeno, to nutně neznamená, že by to měl být váš projekt. To může být! Ale pokud jste se nikdy nedotkli desky plošných spojů, je v pořádku ji vzít pomalu. Nemysli na rameno robota jako na první krok. Ber to jako svou závěrečnou zkoušku. Jakmile získáte dobrou startovací soupravu Arduino, měli byste vyzkoušet několik základních věcí, jako je zapojení LED do prkénku nebo ovládání pomocí tlačítka, jen aby se to stalo. Pravděpodobně však můžete přeskočit projekt Love-O-Meter.

A co je nejdůležitější, Google všechno . Pamatujte, že se jedná o dlouhodobý projekt. Nebudeme vás procházet každým krokem, ale ukážeme vám stavební bloky, které tam potřebujete. Neočekávejte, že v pátek začnete bez zkušeností a nedělní dojíždějící robot s dálkovým ovládáním. V tomto článku budeme mít spoustu odkazů na průvodce a plně očekáváme, že odejdete, sledujete tyto průvodce několik hodin a vrátíte se. Mysli na to méně jako na krok za krokem a spíš na mapu. Pokud se po cestě trochu ztratíte, nebojte se zastavit a požádat o pokyny.

Co budete potřebovat

Tato příručka bude rozdělena do dvou hlavních částí. Prvním z nich bude stavět a provozovat základní rameno robota. Druhý vám ukáže některé volitelné projekty, které můžete použít k rozšíření jeho schopností. Abyste se dostali přes první sekci, potřebujete následující:

  • Startovací souprava Arduino: Většina startovacích souprav Arduino bude zahrnovat základní komponenty, které potřebujete pro tento projekt (stejně jako mnoho dalších). Budete potřebovat Arduino (použijeme Uno R3), různé délky drátu, USB kabel pro připojení k vašemu počítači a prkénko a potenciometr, který lze použít jako knoflík pro pozdější ovládání robota na. Adafruit má na výběr z několika startovacích sad pro různé cenové rozpětí. Tato sada obsahuje zejména vše uvedené výše za 65 USD. Možná budete později potřebovat kondenzátor 470uf, který si můžete v RadioShacku vyzvednout za levnou špínu.
  • Souprava meArm: Pro jednoduchost si zde můžete koupit celou soupravu. To zahrnuje vše, co potřebujete k vytvoření samotné paže. Plány si můžete stáhnout zde a sami si je vytvořit. Plány vyžadují velmi přesné velikosti, takže tuto možnost použijte pouze v případě, že máte přístup k nástrojům, které dokážou správně řezat (nebo 3D tisk) kusy.
  • Arduino IDE: IDE (nebo integrované vývojové prostředí) je program, který používáte k zápisu a nahrávání softwaru - nazývaného „skici“ - do Arduina. Oficiální Arduino IDE si můžete stáhnout zde. Podle mé osobní zkušenosti jsem zjistil, že dříve zahrnutý CodeBender je vynikající alternativou založenou na prohlížeči, která ukládá vaše nákresy online pro snadný přístup.

Ty vám pomohou začít a pokrývat základy. Je také hodně nakupovat najednou, takže se nemusíte cítit špatně, pokud nechcete jít dál než tohle. Postupem času můžete do svého arzenálu přidat další nástroje a vybavení.

Co tento projekt umožňuje

Budeme předpokládat, že jste získali všechno v prvním seznamu s odrážkami v sekci výše a jste připraveni sestavit robota dohromady. Nebudeme podrobně popisovat každý jednotlivý krok, když již učiní další oficiální průvodci, ale provedeme vás různými fázemi projektu. Můžete si to vzít v jakémkoli tempu, který vám vyhovuje, ale rozdělíme to na kousky, s nimiž se můžete potýkat během několika víkendů.

Fáze jedna: Konstrukce

Co to zahrnuje: V této fázi sestavíte rameno robota. Zatím to nic neudělá, ale bude to vypadat skvěle. Společnost za sadou obsahuje podrobné pokyny. Souprava by měla být dodávána se sadou různých plastových kusů, několika šrouby a čtyřmi servy. Pokud jste nikdy předtím nepoužívali servo, jedná se o malý motor s nízkým výkonem, který pohání pohyb robota. Tato sada používá jednu v základně, dvě na každé straně paže a druhou v chapači. Pokud jste někdy postavili kus nábytku IKEA, nemělo by to být příliš komplikované. Postupujte přesně podle pokynů. Robot je choulostivější než váš konferenční stolek, a přes dotažení šroubu zde, nebo použitím nesprávného kusu tam může způsobit bolesti hlavy. Naštěstí jsou výše uvedené pokyny velmi podrobné a budou vás opakovaně varovat, než budete moci udělat něco, co vás zkazí, takže jste v dobrých rukou.

Co se naučíte: Osobně je to moje oblíbená část, protože se dozvíte něco, co většina projektových tutoriálů zanedbává:. Mnoho projektů vám ukazuje koncept, když je připojen k prkénku, ale nikdy jej nepřesunujte k něčemu skutečnému. Zde se dozvíte, jak připojit hotová díla k pracovním dílům. Dozvíte se také jemné umění práce s malými pohyblivými částmi.

Požadovaný čas: Stavební část zde může být provedena během několika hodin. Doporučuji však, aby se vaše práce na chvíli ponořila. Pokud jste nikdy předtím s robotikou nepracovali, je na čase prozkoumat, jak byl váš robot sestaven, jak se může pohybovat, a začít přemýšlet o tom, jak byste mohli Arduino připojit později. Další krok se může začít komplikovat, takže se do toho nespěchejte. Můžete ručně pohybovat částmi robotického ramene, abyste si s ním pohrávali. Netlačte ho však příliš, protože byste mohli poškodit serva.

Fáze 2: Pečení chleba

Co to zahrnuje: Dalším krokem je připojení jednoho z vašich serv k vašemu Arduinu. Toho dosáhnete pomocí prkénku. Prkénko je jednoduchý nástroj, který umožňuje prototypovat elektronické obvody před jejich úplnou montáží bez nutnosti pájení. Adafruit má zde vynikající tutoriál, který vás provede kroky připojení servo přímo k Arduino, stejně jako přidání potenciometru v pozdějších krocích, které můžete použít jako knoflík pro ruční ovládání pohybu.

Pokud byl tento odstavec trochu ohromující, pak je vhodná doba, abyste se mohli zálohovat a zjistit, jak funguje prkénko. Sparkfun má vynikající průvodce, který vysvětluje, jak používat prkénko a co s ním můžete dělat. Tutsplus má skvělý návod, jak připojit LED ke zdroji napájení a přidat tlačítko. Udělejte si čas na sestavení a pochopení obvodu, který jste právě sestavili. Jakmile pochopíte, jak elektřina protéká jednoduchým obvodem, měli byste být připraveni připojit jedno z vašich robotů. Z osobní zkušenosti se tato část může zdát skličující. Montáž dílů a následování pokynů je však snadné. Pochopení toho, jak to všechno funguje, je těžká část, ale vyžaduje to jen čas.

Co se naučíte: Pečení chleba je základem prototypování nejoblíbenější elektroniky. Pokud jste postupovali podle všech výše uvedených pokynů, naučíte se, jak připojit diody LED, tlačítka, rezistory, potenciometry a serva ke zdroji energie nebo Arduino. Právě s těmito komponenty můžete už dělat spoustu zábavných věcí. Jakmile získáte základní informace, je jednodušší na nich stavět tím, že se dozvíte o různých typech komponent, o tom, jak fungují a jak je integrovat do svých projektů (více o některých způsobech, jak to udělat v níže uvedené části rozšíření).

Požadovaný čas: Pokud již znáte prkénko, připojení serva by mělo trvat asi pět minut., pokud jste se nikdy nedotkli elektroniky, dejte si den nebo dva, abyste si přečetli výše uvedené návody, propadli se s různými obvody a získali pocit, jak fungují. Dokonce bych doporučil vzít týden na zpracování lekcí, které jste se naučili. Obvody pro chléb jsou jednoduché, ale může to být obtížné pochopit. A není to něco, co byste chtěli proběhnout, zejména vzhledem k tomu, jak složitá může být další část.

Fáze tři: Programování

Co to zahrnuje: Jakmile máte vše připojeno, je čas ho zapnout. K tomu budete potřebovat nastavení Arduino IDE a připojeni k desce. Pokud chcete používat CodeBender jako já, můžete postupovat podle průvodce Začínáme zde. Případně se můžete řídit průvodcem Adafruit k oficiálnímu IDE zde.

Jakmile bude vaše prostředí nastaveno, můžete také začít programovat věc. Průvodce Adafruit má jednoduchý náčrt servo, pomocí kterého můžete robota pohybovat. Doporučil bych k tomu použít základní servo (jedno na spodní straně), protože je to jediné na vašem robotu, které má plný pohyb o 180 stupňů. Pokud zkusíte tuto skici s ostatními servami, můžete některá další serva poškodit tak, že je přinutíte překročit jejich fyzické limity. Jakmile však pochopíte, jak tato skica funguje, můžete se pokusit upravit ji tak, aby pracovala s ostatními!

Co se naučíte: Toto je fáze, kdy se to všechno spojí. Dozvíte se něco o tom, jak funguje pohyb servo a jak programovat Arduino. Pokud jste se nikdy předtím nepřipravili na programování, můžete přetáhnout skici zametání do IDE a bude to fungovat, ale ráda bych vám doporučila vyzkoušet si některé z našich předchozích návodů, jak se naučit kódovat. Jazyk Arduino sdílí spoustu syntaxe s C / C ++ a Java, takže pokud s nimi máte nějaké zkušenosti, měli byste se cítit pohodlně. Můžete se také podívat na referenční knihovnu Arduino zde.

Požadovaný čas: I když máte nějaké zkušenosti s programováním, ráda bych si vzala další víkend, abych se naučila, jak nastavit Arduino IDE. Naučit se kódovat je celoživotní dovednost, takže se nebojte pracovat na této fázi několik týdnů. Můžete na tom stavět pomocí dodaného náčrtu knoflíku Adafruit, který vám umožní ručně ovládat robota. Nebojte se zkazit. V této fázi můžete také experimentovat s některými základními logickými strukturami.

Gratulujeme! Právě jste udělali robota

Pokud jste to všechno zvládli, pak jste se naučili spoustu dovedností v jednom dlouhém projektu. Když jsem poprvé sestavil tohoto robota, zjistil jsem, že je to překvapivě jednoduché, přestože jsem byl úvodem do mnoha složitých témat. Jakmile to ale zvládnete až do konce, většina projektů elektroniky - stejně jako ten, který pravidelně uvádíme - už tak nevypadá tak děsivě.

Odtud můžete začít rozšiřovat to, co máte. Pokud se vám zdá, že jste to sotva zvládli, zkuste jednoduché doplnění, jako je přidání LED diody, která označuje, kdy se motor otáčí, nebo tlačítko pro zapnutí a vypnutí pohybu. Hrajte si se softwarem trochu a uvidíte, jak reaguje. Pokud zašroubujete nějaký software a převrátíte servo, můžete si objednat super levné náhrady online.

Díky těmto projektům rozšiřujte své znalosti

Postavili jste robota. Co teď? No za předpokladu, že se to nestalo vnímajícím a nepokusilo se zabít lidstvo, existuje řada projektů, které můžete provádět a které mohou stavět na vašem stávajícím projektu jeden po druhém. Nepřejdeme každý detail, ale dáme vám několik odkazů, které vám pomohou začít:

Ovládejte více serv současně

Pro svou sestavu jsem si objednal tento mikrokontrolér, který dokáže ovládat až šestnáct serva samostatně (což by pro ty, kteří počítají doma, přidalo až čtyři roboty meArm ... sladké). Souprava není předem smontována, což znamená, že by to vyžadovalo nějakou pájecí práci. Můžete získat další podobné regulátory, které jsou předem smontované, ale mnoho stojí více a méně. Osobně si myslím, že řadič $ 15 je slušný způsob, jak praktikovat pájení, aniž byste riskovali příliš mnoho, pokud to zničíte, ale pokud tuto šanci nechcete využít, nejprve nejprve pájejte pár vodičů dohromady. Zde je několik průvodců, kteří vás provedou tímto procesem:

  • Adafruit 16-kanálový servo ovladač s Arduino
  • Průvodce Adafruit k vynikajícímu pájení
  • Jak fungují serva?

Přidejte infračervené dálkové ovládání

Infračervené (IR) dálkové ovladače jsou klamně jednoduché (a mohou být užitečným doplňkem téměř jakéhokoli projektu Arduino). Vše, co potřebujete, je senzor a dálkový ovladač. Dálkový ovladač odešle kódy vašemu Arduinu, které pak můžete použít ke spuštění příkazů. V takovém případě byste mohli naprogramovat robota tak, aby se začal pohybovat, přestal se pohybovat nebo se dostal do určité předprogramované polohy. Existuje už spousta skvělých kódů, které můžete použít ve svých projektech. Pro zábavu si dokonce přečtete kódy na dálkovém ovladači televizoru, pokud chcete, řekněme, oživit robota, kdykoli někdo změní kanál. Zde je několik zdrojů, které potřebujete, abyste mohli začít:

  • Jak používat IR dálkové ovladače s Arduino
  • Arduino Infrared Remote tutorial
  • knihovna shirriff / Arduino-IRremote

Ovládejte svůj smrtící stroj pomocí Wii Nunchuk

Dobře, chcete se opravdu zbláznit? Podívejte se na výše uvedené video znázorňující rameno robota - stejný model, jaký jste postavili! - ovládané Wii Nunchukem. Používá tento breakout adaptér (ke kterému můžete připojit nunchuk přímo) a poskytuje plnou kontrolu joystickem, což znamená, že ho můžete pohybovat v libovolném směru, jako je futuristická loutka. Pokud jste dosáhli bodu, kdy jste připraveni tento projekt realizovat pomocí tohoto průvodce, jste pravděpodobně již po desáté, takže vítejte zpět. Toto je nejpokročilejší doplněk, který jsme do tohoto článku zahrnuli, takže se nemusíte cítit špatně, pokud je trochu nad hlavou. Je to však opravdu skvělé. Zde je několik zdrojů pro další čtení:

  • Ovládání joystickem Phenoptix meArm s inverzní kinematikou
  • Wii Nunchuk Breakout Adapter
  • Knihovna pro inverzní kinematiku pro Phenoptix meArm

Jak víte, projekt robot rameno zahrnuje spoustu konceptů a dovedností na hackerské scéně Arduino. Pokud se vám podaří prostřednictvím tohoto projektu, aniž byste byli ohromeni nebo se vzdali, pravděpodobně se budete moci vypořádat s většinou projektů Arduino, které pravidelně vystupujeme. Začátek se může zdát zastrašující, ale pokud přidáte své znalosti a zkušenosti kousek po kousku, můžete vytvořit něco docela úžasného.

otevřeno