बैलेंसिंग रोबोट / 3 व्हील रोबोट / एसटीईएम रोबोट: 8 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

हमने स्कूलों में और स्कूली शैक्षिक कार्यक्रमों के बाद शैक्षिक उपयोग के लिए एक संयुक्त संतुलन और 3 पहिया रोबोट बनाया है। रोबोट एक Arduino Uno, एक कस्टम शील्ड (सभी निर्माण विवरण प्रदान किए गए), एक ली आयन बैटरी पैक (सभी निर्माण विवरण प्रदान किए गए) या एक 6xAA बैटरी पैक, एक MPU 6050, एक BLE ब्लूटूथ मॉड्यूल, एक अल्ट्रासोनिक मॉड्यूल (वैकल्पिक) पर आधारित है।) और एक हाथ को हिलाने के लिए एक सर्वो। कक्षा कक्षों में उपयोग के लिए व्यापक शिक्षा सामग्री भी उपलब्ध है।

संलग्न दस्तावेज बच्चों को चरणों की एक श्रृंखला में रोबोट बनाने के लिए दिए गए निर्देश हैं जो प्रत्येक चरण में शैक्षिक शिक्षा प्रदान करते हैं। यह स्कूलों को और स्कूल के कार्यक्रमों के बाद प्रदान किया गया दस्तावेज है।

ऐसे 7 अभ्यास हैं जो पूर्ण संतुलन / 3 पहिया रोबोट स्केच अपलोड होने से पहले किए जा सकते हैं। प्रत्येक अभ्यास रोबोट के एक विशेष पहलू पर ध्यान केंद्रित करता है, उदा। ब्लूटूथ, अल्टासोनिक सेंसर, सर्वो आदि का उपयोग करते हुए एक स्मार्ट फोन ऐप के साथ बातचीत करते हुए एक्सरोमीटर/जाइरोस्कोप सेंसर। अभ्यास रोबोट के भौतिक निर्माण में एकीकृत होते हैं, इसलिए जब व्यायाम करने के लिए पर्याप्त रोबोट का निर्माण किया जाता है, अभ्यास के लिए स्केच अपलोड और किया जा सकता है। यह शैक्षिक सीखने के साथ रोबोट के निर्माण के मजे पर ध्यान केंद्रित करने में मदद करता है।

Arduino Uno का उपयोग करने का निर्णय लिया गया क्योंकि यह अत्यंत सामान्य है और कई शैक्षिक सेटिंग्स में उपयोग किया जाता है। हमने शील्ड के अलावा, मानक ऑफ-द-शेल्फ मॉड्यूल का भी उपयोग किया है जो आसानी से उपलब्ध हैं। चेसिस 3डी प्रिंटेड है और इसका डिज़ाइन टिंकरकैड पर उपलब्ध है।

हमने यह भी पाया है कि यह रोबोट बच्चों को अपनी खुद की कृतियों के निर्माण के बारे में सोचने के लिए प्रेरित करने और आत्मविश्वास प्रदान करने में मदद करता है और ऐसा करना मुश्किल नहीं है।

सभी रेखाचित्रों पर अच्छी तरह से टिप्पणी की गई है और अधिक उन्नत छात्र अपने स्वयं के रेखाचित्रों को संशोधित या लिख सकते हैं। रोबोट Arduino और इलेक्ट्रॉनिक्स के बारे में सीखने के लिए एक सामान्य मंच बना सकता है।

रोबोट "LOFI ब्लॉक्स" ऐप (https://lofiblocks.com/en/) के साथ भी काम करता है, इसलिए बच्चे स्क्रैच के समान ग्राफिकल वातावरण में अपना कोड लिख सकते हैं।

ध्यान दें कि ऊपर दिया गया वीडियो मार्क 1 मॉडल दिखाता है, रोबोट अब रिमोटएक्सवाई ब्लूटूथ ऐप का उपयोग करता है (जो कि एंड्रॉइड और ऐप्पल डिवाइस दोनों के लिए उपलब्ध है), एमपीयू 6050 अब रोबोट शील्ड पर स्थित है (नीचे स्लाइडर में नहीं) रोबोट - हालांकि आप चाहें तो इसे अभी भी वहां ढूंढ सकते हैं) और इसमें एक वैकल्पिक अल्ट्रासोनिक सेंसर है जिसे शील्ड में प्लग किया जा सकता है।

पावती:

(1) पिच कोण और पीआईडी नियंत्रण ब्रोकिंग द्वारा सॉफ्टवेयर पर आधारित है:

(२) रिमोटएक्सवाई ऐप:

(3) LOFI ब्लॉक और LOFI रोबोट ऐप:

(4) jjrobots पर आधारित हथियार:

(५) सभी रेखाचित्र Arduino Create पर संग्रहीत हैं:

(६) ३डी डिज़ाइन टिंकरकैड पर संग्रहीत हैं:

अस्वीकरण: यह सामग्री इस प्रकार प्रदान की जाती है, इस सामग्री की शुद्धता या अन्यथा की कोई वारंटी नहीं है। इस दस्तावेज़ में नामित तृतीय पक्ष iPhone और Android ऐप्स का उपयोग उपयोगकर्ताओं के अपने जोखिम पर है। रोबोट लिथियम आयन बैटरी पैक का उपयोग कर सकता है, बैटरी और पावर पैक का उपयोग उपयोगकर्ताओं के अपने जोखिम पर है। लेखक इस सामग्री का उपयोग करने वाले या रोबोट के निर्माण या उपयोग से किसी भी व्यक्ति या संगठन को हुए नुकसान के लिए कोई दायित्व नहीं मानते हैं।

चरण 1: भागों की सूची

रोबोट को खरोंच से बनाने के लिए, कई कदम हैं और इसमें काफी समय और देखभाल होगी। आपको एक 3D प्रिंटर की आवश्यकता होगी, और सोल्डरिंग और इलेक्ट्रोनिक सर्किट के निर्माण में अच्छा होगा।

रोबोट बनाने के लिए आवश्यक भाग हैं:

(१) चेसिस और कैस्टर व्हील एक्सटेंशन को ३डी प्रिंट करें

(२) Arduino Uno

(३) रोबोट शील्ड बनाएं

(4) एमपीयू ६०५०, एटी९ बीएलई ब्लूटूथ मॉड्यूल, वैकल्पिक अल्ट्रासोनिक मॉड्यूल (सभी ढाल में प्लग)

(५) SG90 सर्वो

(६) टीटी मोटर्स और पहिए

(7) पावर पैक बनाएं (या तो 6xAA बैटरी पैक या ली आयन बैटरी पैक)

संलग्न फाइल बताती है कि ली आयन पावर पैक और रोबोट शील्ड को छोड़कर सभी भागों को कैसे प्राप्त किया जाए और कैसे बनाया जाए, जो अगले चरणों में शामिल हैं।

चरण 2: रोबोट शील्ड

रोबोट शील्ड के लिए पीसीबी डिजाइन फ्रिट्ज़िंग में किया जाता है, यदि आप डिज़ाइन को संशोधित करना चाहते हैं तो फ्रिट्ज़िंग फ़ाइल संलग्न है।

शील्ड पीसीबी के लिए गेरबर फाइलें भी संलग्न हैं, आप इन फाइलों को शील्ड बनाने के लिए पीसीबी मैन्युफैक्चरर को भेज सकते हैं।

उदाहरण के लिए, निम्नलिखित निर्माता लगभग $ 5 + डाक के लिए 10 x PCB बोर्ड बना सकते हैं:

www.pcbway.com/

easyeda.com/order

शील्ड के लिए मेक डॉक्यूमेंट भी संलग्न है।

चरण 3: पावर पैक

आप रोबोट के लिए या तो 6xAA-बैटरी पैक या ली आयन बैटरी पैक बना सकते हैं। दोनों के लिए निर्देश संलग्न हैं।

एए-बैटरी पैक का निर्माण करना बहुत आसान है। हालाँकि बैटरी को बदलने की आवश्यकता से पहले केवल लगभग 20/30 मिनट तक चलती है। इसके अलावा सर्वो का उपयोग एए-बैटरी पैक के साथ नहीं किया जा सकता है, इसलिए कोई चलती भुजा नहीं है।

ली आयन बैटरी पैक को रिचार्ज किया जा सकता है और रिचार्ज के बीच लगभग 60 से अधिक मिनट तक रहता है (इस्तेमाल की गई बैटरी की क्षमता के आधार पर)। हालांकि, ली आयन बैटरी पैक का निर्माण करना अधिक कठिन है और ली आयन बैटरी का उपयोग करता है, ली आयन बैटरी को सावधानी से संभालने की आवश्यकता है।

ली आयन बैटरी पैक में एक सुरक्षा सर्किट शामिल है, जो बैटरी को ओवर और अंडर चार्ज से बचाता है और अधिकतम करंट को 4 एम्प्स तक सीमित करता है। यह ली आयन चार्जिंग मॉड्यूल का भी उपयोग करता है।

आप किसी भी ली आयन बैटरी पैक का उपयोग कर सकते हैं जिसमें लगभग 7.2 वोल्ट का आउटपुट होता है, लेकिन आपको उपयुक्त रोबोट शील्ड प्लग के साथ एक केबल बनाने की आवश्यकता होगी।

मुझे बताएं कि क्या आपके पास एक अच्छा वैकल्पिक पावर पैक है। मैंने इस ली आयन पैक को बनाने का कारण यह है कि यह एक ली आयन सेल का उपयोग करता है जिसका अर्थ है कि यह अपेक्षाकृत छोटा है और इसे किसी भी माइक्रो यूएसबी चार्जर या कंप्यूटर सहित किसी भी यूएसबी पोर्ट से चार्ज किया जा सकता है। ली आयन पावर पैक मैंने देखा है कि लगभग 7.2 वोल्ट में 2 सेल का उपयोग होता है और इसके लिए एक विशेष चार्जर की आवश्यकता होती है, जो लागत को बढ़ाता है और चार्ज करने के लिए उतना सुविधाजनक नहीं है।

यदि आप ली आयन बैटरी पैक बनाना चुनते हैं (या किसी ली आयन बैटरी पैक का उपयोग करते हैं) तो आपको ऐसी बैटरियों के साथ सुरक्षा मुद्दों के बारे में पता होना चाहिए, उदा।

चरण 4: रोबोट व्यायाम और रेखाचित्र

एक बार जब आप सभी भागों को प्राप्त कर लेते हैं, जैसे ही आप रोबोट का निर्माण करते हैं, आप चाहें तो प्रोग्रामिंग अभ्यास कर सकते हैं। स्पष्टीकरण के साथ ये अभ्यास Arduino Create पर उपलब्ध हैं - नीचे दिए गए लिंक आपको Arduino Create अभ्यास पर ले जाते हैं - फिर आप अपने Arduino Create लॉगिन में व्यायाम को खोल और सहेज सकते हैं।

रोबोट पर स्केच अपलोड करने के लिए सुनिश्चित करें कि आपका फ़ोन ब्लूटूथ द्वारा रोबोट से कनेक्ट नहीं है - एक ब्लूटूथ कनेक्शन अपलोड होने से रोकता है। हालांकि आमतौर पर इसकी आवश्यकता नहीं होती है, ब्लूटूथ मॉड्यूल के लिए पिन 123456 है।

अभ्यास 3, 5 और 7 "LOFI रोबोट" स्मार्ट फोन ऐप (या "BLE जॉयस्टिक" ऐप का उपयोग करते हैं - हालाँकि यह ऐप हमेशा Apple डिवाइस के साथ काम नहीं करता है)।

अभ्यास 8 (पूर्ण रोबोट स्केच) रोबोट को नियंत्रित करने के लिए "रिमोटएक्सवाई" स्मार्ट फोन ऐप का उपयोग करता है।

LOFI ब्लॉक स्केच "LOFI ब्लॉक्स" ऐप का उपयोग करता है। (ध्यान दें कि यह ऐप ऐप्पल डिवाइस पर सबसे अच्छा काम करता है)।

जब आप किसी अभ्यास को Arduino Create में लोड करते हैं, तो arduino स्केच के अलावा, कई अन्य टैब होते हैं जो अभ्यास के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं।

व्यायाम 1: Arduino मूल बातें - रोबोट नियंत्रण ढाल पर लाल और हरे रंग की एलईडी को ब्लिंक करें। आप इस अभ्यास को निर्माण में चरण (3) के बाद कर सकते हैं।

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

व्यायाम 2: गायरो सेंसर - ग्रियोस और एक्सेलेरोमीटर से परिचित होना। आप इस अभ्यास को निर्माण में चरण (4) के बाद कर सकते हैं। आपको "सीरियल मॉनिटर" का उपयोग करने की आवश्यकता है, जिसमें बॉड दर 115200 पर सेट है।

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

व्यायाम 3: ब्लूटूथ लिंक - एक ब्लूटूथ लिंक स्थापित करें, रोबोट नियंत्रण ढाल पर एलईडी को चालू और बंद करने के लिए स्मार्ट फोन ऐप का उपयोग करें। इस अभ्यास को आप निर्माण के चरण (5) के बाद कर सकते हैं।

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

व्यायाम 4: अल्ट्रासोनिक दूरी सेंसर (वैकल्पिक) - अल्ट्रासोनिक सेंसर से परिचित होना। इस अभ्यास को आप निर्माण के चरण (5) के बाद कर सकते हैं। आपको "सीरियल मॉनिटर" का उपयोग करने की आवश्यकता है, जिसमें बॉड दर 115200 पर सेट है।

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

व्यायाम 5: सर्वो-तंत्र - सर्वो तंत्र से परिचित होना और हाथ को हिलाना, सर्वो आर्म के कोण को नियंत्रित करने के लिए एक स्मार्ट फोन ऐप का उपयोग करें। आप इस अभ्यास को निर्माण में चरण (8) के बाद कर सकते हैं। आपको "सीरियल मॉनिटर" का उपयोग करने की आवश्यकता है, जिसमें बॉड दर 115200 पर सेट है।

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

व्यायाम 6: मोटर चलाना - मोटरों से परिचित होना, ड्राइव मोटर्स को आगे और पीछे चलाना। बैटरी पैक को चालू करने की आवश्यकता है। आपको "सीरियल मॉनिटर" का उपयोग करने की आवश्यकता है, जिसमें बॉड दर 115200 पर सेट है।

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

एक्सरसाइज 7: बेसिक कार - एक साधारण थ्री व्हील कार (तीसरे व्हील अटैचमेंट वाला रोबोट) बनाएं, हम कार को नियंत्रित करने के लिए एक स्मार्ट फोन ऐप का उपयोग करते हैं। आपके हाथ का अनुसरण करने के लिए अल्ट्रासोनिक सेंसर का भी उपयोग करता है। आप इसे ऊपर के निर्माण में उसी बिंदु पर कर सकते हैं। बैटरी को चालू करने और तीसरा पहिया अटैचमेंट डालने की आवश्यकता है।

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

एक्सरसाइज 8: फुल बैलेंसिंग रोबोट - फुल बैलेंसिंग / थ्री व्हील रोबोट के लिए कोड। रोबोट को नियंत्रित करने के लिए स्मार्ट फोन ऐप "रिमोटएक्सवाई" का प्रयोग करें।

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

LOFI Blocks Sketch - "LOFI Blocks" ऐप का उपयोग करने के लिए इस स्केच को रोबोट में अपलोड करें। फिर आप "LOFI Blocks" ऐप का उपयोग करके रोबोट को प्रोग्राम कर सकते हैं जो SCRATCH के समान प्रोग्रामिंग ब्लॉक का उपयोग करता है।

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

व्यायाम 9: रेखा अनुरेखण रोबोट। दो लाइन ट्रेसिंग सेंसर जोड़ना संभव है, और लाइन ट्रेसिंग सेंसर को रोबोट से जोड़ने के लिए अल्ट्रासोनिक प्लग का उपयोग करना संभव है। ध्यान दें, सेंसर डिजिटल पिन D2 और D8 से जुड़े हैं।

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

व्यायाम 10: ब्लूटूथ नियंत्रण। रोबोट एलईडी और सर्वो-तंत्र को नियंत्रित करने के लिए ब्लूटूथ और एक फोन ऐप (रिमोटएक्सवाई) का उपयोग करना। इस अभ्यास में छात्र ब्लूटूथ के बारे में सीखते हैं, वास्तविक दुनिया की चीजों को नियंत्रित करने के लिए फोन ऐप का उपयोग कैसे करें और एलईडी और सर्वो-तंत्र के बारे में जानें।

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

चरण 5: रोबोट गणित और कार्यक्रम संरचना को संतुलित करना

संलग्न फाइल रोबोट के संतुलन वाले हिस्से के गणित और सॉफ्टवेयर संरचना का एक सिंहावलोकन देती है।

बैलेंसिंग रोबोट के पीछे का गणित आपके विचार से सरल और अधिक दिलचस्प है।

अधिक उन्नत स्कूल के छात्रों के लिए संतुलन रोबोट गणित को गणित और भौतिकी के अध्ययन से जोड़ना संभव है जो वे हाई स्कूल में कर रहे हैं।

गणित में रोबोट का उपयोग यह दिखाने के लिए किया जा सकता है कि वास्तविक दुनिया में त्रिकोणमिति, विभेदन और एकीकरण कैसे लागू होते हैं। कोड दिखाता है कि कंप्यूटर द्वारा संख्यात्मक रूप से भेदभाव और एकीकरण की गणना कैसे की जाती है, और हमने पाया है कि छात्रों को इन अवधारणाओं की गहरी समझ मिलती है।

भौतिकी में एक्सेलेरोमीटर और जाइरोस्कोप गति के नियमों में अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं, और चीजों की एक व्यावहारिक समझ जैसे कि एक्सेलेरोमीटर माप शोर क्यों है और इस तरह की वास्तविक दुनिया की सीमाओं को कैसे कम किया जाए।

यह समझ आगे की चर्चाओं को आगे बढ़ा सकती है, उदाहरण के लिए, पीआईडी नियंत्रण और प्रतिक्रिया नियंत्रण एल्गोरिदम की एक सहज समझ।

इस रोबोट के निर्माण को स्कूल के पाठ्यक्रम में, या स्कूल के बाद के कार्यक्रम के संयोजन में, प्राथमिक से लेकर हाई स्कूल स्तर के छात्रों तक शामिल करना संभव है।

चरण 6: वीडियो स्ट्रीमिंग कैमरा एक्सेसरी

हमने एक रास्पबेरी पीआई आधारित वीडियो कैमरा बनाया है जिसे रोबोट के कोस्टर व्हील एक्सटेंशन से जोड़ा जा सकता है। स्ट्रीमिंग वीडियो स्ट्रीम को वेब ब्राउज़र में ट्रांसमिट करने के लिए वाईफाई का उपयोग करता है।

यह रोबोट के लिए एक अलग बिजली आपूर्ति का उपयोग करता है और एक स्टैंडअलोन मॉड्यूल है।

फ़ाइल मेक विवरण प्रदान करती है।

एक विकल्प के रूप में, अन्य स्टैंडअलोन वीडियो स्ट्रीमिंग कैमरे जैसे कि क्वेलिमा SQ13 को कोस्टर व्हील एक्सटेंशन से जोड़ा जा सकता है, जैसे:

चरण 7: TT Motors के बजाय N20 Motors का उपयोग करना

टीटी मोटर की जगह एन20 मोटर का इस्तेमाल संभव है।

रोबोट आसानी से चलता है और N20 मोटर के साथ बहुत तेज चलता है।

मैंने जिन N20 मोटर्स का उपयोग किया है वे 3V, 250rpm N20 मोटर्स हैं, उदा।

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

N20 मोटर्स उतने मजबूत नहीं हैं और लंबे समय तक नहीं चलते हैं, शायद 5-10 घंटे का उपयोग।

N20 मोटर के लिए आपको N20 मोटर माउंट को 3D प्रिंट करने की आवश्यकता होती है, और N20 मोटर के अक्षीय शाफ्ट को फिट करने के लिए TT मोटर व्हील को सक्षम करने के लिए एक व्हील इंसर्ट होता है।

N20 मोटर माउंट्स को टिंकरकैड गैलरी में "बालरोबोट" की खोज करके पाया जा सकता है।