interessant

Byg en Kickass-robotarm: Det perfekte Arduino-projekt for begyndere

Arduino er en billig, sjov måde at komme i at bygge din egen elektronik på. Det kan også være skræmmende at komme i gang. Her viser vi dig, hvordan du får en start-til-finish Arduino-primer med et morderprojekt: at opbygge en sød robotarm.

I denne vejledning introducerer vi dig Arduino ved hjælp af meArm-robotarmsprojektet som en guide til en række forskellige færdigheder. MeArm er et open source-kit med alle de dele, du har brug for for at opbygge en lille Arduino-drevet robotarm. Du kan bestille et færdigt sæt fra butikker som Hackaday eller downloade planerne fra Thingiverse og klippe dem ud selv. Du kan bruge en laserskærer, 3D-printer eller endda skære delene ud af træ. Sættene er relativt billige (jeg fik mine til omkring $ 50), så det er temmelig tilgængeligt.

Hvorfor en robotarm?

At lære enhver ny færdighed er altid en udfordring. Arduino kan være særlig skræmmende, fordi du i det væsentlige lærer at opbygge hele elektroniske enheder fra bunden. Det kræver indlæring af flere nye færdigheder på én gang: elektricitet, brødbræt, kodning, sensorer, servoer, fjernbetjeninger, samling og mere.

Enhver af disse færdigheder kan være svært at lære på egen hånd. Mens der er et væld af tutorials online, er det vigtigt at have et enkelt, overordnet mål, som du kan arbejde mod. Vi ved også, at din hjerne lærer bedre, når du spreder din læring over tid. At have noget, du er begejstret for, kunne ikke skade.

At opbygge en robotarm er et langsigtet projekt, der kan dække alle disse behov på én gang. Jeg har personligt forsøgt at lære Arduino-projekter off-and-on i de sidste ni måneder eller deromkring, og i den tid har robotarmen været den bedste læringsoplevelse, jeg har haft, især fordi:

  • Det er omfattende: At finde et første projekt er svært. At finde en der faktisk lærer dig noget er endnu sværere. Du kan opbygge et LED-kredsløb forholdsvis let, men så er alt, hvad du har, et LED-kredsløb. At lære at opbygge en robotarm vil lære dig, hvordan du brødbræt et kredsløb, hvordan du programmerer din Arduino, og hvordan du arbejder med bevægelige dele. I sidste ende har du en reel, fysisk ting, der gør det, du programmerer det til at gøre. Ikke kun et proof-of-concept-lys, der tændes, når du trykker på en knap.
  • Det kan udvides: Hvis Iron Man's 45 forskellige dragter lærte os noget, er det, at du altid kan forbedre en robot. Dette robotarmsæt starter med nogle grundlæggende grundlæggende færdigheder, men du kan bygge videre på det med en lang række udvidelser. Du kan tilføje fjernbetjeninger (som Infrarød eller Bluetooth) og endda lære at udvide din Arduino's muligheder med ekstra skjold. Bare spørg "Hvad ellers kan jeg få dette til at gøre?", Og du kan finde alle mulige nye færdigheder at lære uden at starte et nyt projekt fra bunden af.
  • Det er friggin 'cool: Chancerne er, at hvis du endda læser så langt, er det fordi tanken om at have din helt egen robot begejstrer dig. Robotter er seje. De kan også føle sig futuristiske og utilgængelige. Hvis læring er bedre, når du er begejstret for det, du lærer, er det svært at slå en robotarm for at bryde ind i Arduino-verdenen.

Alt dette bliver ikke nødvendigvis ensbetydende med, at dette skal være dit projekt. Det kan være! Men hvis du aldrig har rørt et kredsløb, er det okay at tage det langsomt. Tænk ikke på robotarmen som dit første skridt. Tænk på det som din afsluttende eksamen. Så snart du får et godt Arduino-startkit, skal du prøve et par basale ting som at tilslutte en LED til en brødbræt eller styre den med en knap, bare for at få fat på det. Du kan dog sandsynligvis springe over Love-O-Meter-projektet.

Vigtigst af alt, Google alt . Husk, at dette er et langsigtet projekt. Vi vil ikke lede dig gennem hvert trin, men vi viser dig de byggesten, du har brug for for at komme dertil. Forvent ikke at starte med ingen oplevelse på fredag ​​og afslutte med en fjernstyret, vagende robot inden søndag. Vi har masser af links til guider i hele denne artikel, og vi forventer fuldt ud, at du forlader her, følger disse guider i et par timer og kommer tilbage. Tænk på dette mindre som en trinvis vejledning og mere som et kort. Hvis du går lidt tabt undervejs, skal du ikke være bange for at stoppe og bede om vejledning.

Hvad du har brug for

Denne guide bliver opdelt i to hovedafsnit. Den første vil være at få den grundlæggende robotarm bygget og operationel. Det andet viser dig nogle valgfri projekter, som du kan bruge til at udvide dens muligheder. For at komme igennem det første afsnit er her, hvad du har brug for:

  • Et Arduino-startkit: De fleste Arduino-startsæt inkluderer de grundlæggende komponenter, du har brug for til dette projekt (såvel som mange andre). Du har brug for en Arduino (vi bruger en Uno R3), forskellige længder af ledning, et USB-kabel til at oprette forbindelse til din computer og en brødbræt og et potentiometer, som kan bruges som en knap til styring af din robot senere på. Adafruit har et udvalg af et par starter sæt til forskellige prisklasser. Dette kit inkluderer især alt, der er anført ovenfor for $ 65. Du har muligvis også brug for en 470uf kondensator senere, som du kan hente hos RadioShack for billigt snavs.
  • Et meArm-sæt: For enkelheds skyld kan du købe et helt sæt her. Dette inkluderer alt hvad du har brug for for at bygge selve armen. Valgfrit kan du downloade planerne her og lave dem selv. Planerne kræver meget præcise størrelser, så brug kun denne mulighed, hvis du har adgang til værktøjer, der kan klippe (eller 3D-udskrivning) stykkerne korrekt.
  • En Arduino IDE: Et IDE (eller Integreret udviklingsmiljø) er det program, du bruger til at skrive og uploade software - kaldet "skitser" - til din Arduino. Du kan downloade den officielle Arduino IDE her. Efter min personlige oplevelse fandt jeg, at tidligere dækket CodeBender er et fremragende, browserbaseret alternativ, der gemmer dine skitser online for nem adgang.

Disse får dig i gang og dækker det grundlæggende. Det er også meget at købe på én gang, så føl dig ikke dårlig, hvis du ikke vil gå længere end dette. Over tid kan du tilføje flere værktøjer og udstyr til dit arsenal.

Hvad dette projekt afslutter

Vi antager, at du har erhvervet alt på den første punktliste i afsnittet ovenfor, og at du er klar til at sætte din robot sammen. Vi vil ikke detaljeret om hvert enkelt trin, når andre, mere officielle guider allerede gør, men vi vil guide dig gennem de forskellige faser af projektet. Du kan tage dette i det tempo, du er fortrolig med, men vi opdeler det i bunker, du kan tackle over flere weekender.

Fase 1: Konstruktion

Hvad det behøver: På dette tidspunkt vil du samle din robotarm. Det vil ikke gøre noget endnu, men det ser sejt ud. Virksomheden bag sættet har detaljerede instruktioner her. Dit sæt skal leveres med et sæt forskellige plaststykker, nogle skruer og fire servoer. Hvis du aldrig har brugt et servo før, er det en lille motor med lav effekt, der får din robot til at bevæge sig. Dette sæt bruger et i basen, to på hver side af armen og et i griberen. Hvis du nogensinde har bygget et stykke IKEA-møbler, skulle dette ikke være for kompliceret. Bare følg instruktionerne nøjagtigt . Robotten er mere delikat end dit sofabord, og ved at stramme en skrue her, eller bruge det forkerte stykke der, kan du få hovedpine. Heldigvis er instruktionerne ovenfor meget detaljerede og vil advare dit gentagne gange, før du kan gøre noget, der vil røre dig, så du er i gode hænder.

Hvad du lærer: Personligt er dette min yndlingsdel, fordi du lærer noget, som de fleste projektvejledninger forsømmer:. Mange projekter viser dig et koncept, mens du er knyttet til en brødbræt, men flyt det aldrig til noget rigtigt. Her lærer du, hvordan man sætter servoer til arbejdsdele på et færdigt projekt. Du lærer også den sarte kunst at arbejde med små bevægelige dele.

Påkrævet tid: Konstruktionsdelen her kan udføres på få timer. Jeg anbefaler dog, at du lader dit arbejde synke lidt ind. Hvis du aldrig har arbejdet med robotik før, er dette et godt tidspunkt at undersøge, hvordan din bot blev sat sammen, hvordan den kan bevæge sig, og begynde at tænke på, hvordan du kan montere din Arduino senere. Det næste trin kan begynde at blive kompliceret, så du må ikke skynde dig. Du kan manuelt bevæge delene af din robotarm forsigtigt for at lege med den. Dog ikke tving det for meget, da du kan beskadige servoer.

Fase to: Breadboarding

Hvad det behøver: Det næste trin er at forbinde en af ​​dine servoer til din Arduino. Du opnår dette ved hjælp af en brødbræt. En brødbræt er et simpelt værktøj, der gør det muligt at prototype elektroniske kredsløb, før de monteres helt, uden lodning kræves. Adafruit har en fremragende tutorial her, der leder dig gennem trinene til at forbinde din servo direkte til Arduino, samt tilføje et potentiometer i senere trin, som du kan bruge som en drejeknap til manuelt at kontrollere bevægelse.

Hvis dette afsnit var lidt overvældende, er dette et godt tidspunkt at tage backup af og lære, hvordan brødbræt fungerer. Sparkfun har en fremragende guide her, der forklarer, hvordan man bruger en brødbræt, og hvad man kan gøre med det. Tutsplus har en fantastisk tutorial om, hvordan man tilslutter en LED til en strømkilde og tilføjer en knap. Tag dig tid til at samle dette og forstå det kredsløb, du lige har samlet. Når du først har forstået, hvordan elektricitet strømmer gennem et simpelt kredsløb, skal du være klar til at tilslutte en af ​​din robots servoer. Fra personlig erfaring kan denne del virke skræmmende. Det er dog let at montere delene og følge instruktionerne. At forstå, hvordan det hele fungerer, er den hårde del, men det tager bare tid.

Hvad du lærer: Breadboarding er fundamentet for de fleste hobby-elektroniske prototyper. Hvis du fulgte alle guiderne ovenfor, lærer du, hvordan du tilslutter LED'er, knapper, modstande, potentiometre og servoer til enten en strømkilde eller Arduino. Med bare disse komponenter kan du allerede lave en masse sjove ting. Når du har fået det grundlæggende ned, er det lettere at bygge videre på det ved at lære om forskellige typer komponenter, hvordan de fungerer, og hvordan du integrerer dem i dine projekter (mere om nogle måder at gøre det i udvidelsesafsnittet nedenfor).

Påkrævet tid: Hvis du allerede er bekendt med breadboarding, skal tilslutning af servoen tage cirka fem minutter., hvis du aldrig har rørt elektronik før, skal du give dig selv en dag eller to til at læse guiderne ovenfor, fikle med forskellige kredsløb og få en fornemmelse af, hvordan de fungerer. Jeg vil endda råde til at tage en uge for at behandle de lektioner, du har lært. Breadboarding kredsløb er enkle, men det kan være et vanskeligt koncept at forstå. Og det er ikke noget, du vil skynde dig igennem, især i betragtning af hvor kompliceret det næste afsnit kan blive.

Fase tre: Programmering

Hvad det behøver: Når først du har tilsluttet alt, er det tid til at tænde for det. Til det skal du have din Arduino IDE-opsætning og tilsluttet dit bord. Hvis du vil bruge CodeBender som jeg, kan du følge vejledningen Kom godt i gang her. Alternativt kan du følge Adafruits guide til den officielle IDE her.

Når dit miljø er konfigureret, begynder du også at programmere tinget. Adafruits guide har en enkel servoskitse, du kan bruge til at få din robot til at bevæge sig. Jeg vil anbefale at bruge baseservo (den i bunden) til dette, da det er den eneste på din robot, der har den fulde 180 graders bevægelse. Du kan beskadige nogle af de andre servoer ved at tvinge dem til at overstige deres fysiske grænser, hvis du prøver denne skitse med de andre servoer. Når du først har forstået, hvordan denne skitse fungerer, kan du prøve at ændre den til at arbejde sammen med de andre!

Hvad du lærer: Dette er den fase, hvor det hele samles. Du lærer lidt om, hvordan servobevægelse fungerer, og hvordan du programmerer en Arduino. Hvis du aldrig har dybt med programmeringen før, kan du slippe fejeskitse i IDE, og det vil fungere, men jeg vil rådgive dig med at tjekke nogle af vores tidligere guider til, hvordan du lærer at kode. Arduino-sproget deler meget syntaks med C / C ++ og Java, så hvis du har nogen erfaring med dem, skal du føle dig godt tilpas. Du kan også tjekke Arduino referencebiblioteket her.

Påkrævet tid: Selv hvis du har en vis programmeringserfaring, vil jeg anbefale, at du tager en anden weekend for at lære, hvordan du opsætter Arduino IDE. At lære at kode er en levetidsfærdighed, så vær ikke bange for at arbejde på denne fase i et par uger. Du kan bygge videre på dette med den medfølgende knapskitse, Adafruit, der giver dig mulighed for manuelt at styre din robot. Vær ikke bange for at rodet op. Du kan også eksperimentere med nogle grundlæggende logiske strukturer i denne fase.

Tillykke! Du har lige lavet en robot

Hvis du kom igennem alt dette, lærte du bare en masse færdigheder i et, langt projekt. Da jeg først sammensatte denne robot, fandt jeg, at den var overraskende enkel, på trods af at han var en introduktion til en masse komplekse emner. Når du først er nået til slutningen, ser de fleste elektronikprojekter - som den slags, vi regelmæssigt indeholder - ikke ud så skræmmende mere.

Herfra kan du begynde at udvide det, du har. Hvis du har lyst til, at du bare næppe er kommet igennem dette, kan du prøve enkle tilføjelser som at tilføje en LED for at indikere, hvornår motoren drejer eller en knap for at tænde og slukke bevægelsen. Leg lidt rundt med softwaren og se, hvordan den reagerer. Hvis du skruer op noget software og vælter en servo, kan du bestille superbillede udskiftninger online.

Bygg videre på din viden med disse udvidelsesprojekter

Du har bygget en robot. Hvad nu? Nå, hvis man antager, at det ikke er blevet opmærksom og forsøgte at dræbe menneskeheden, er der en række projekter, du kan forfølge, som kan bygge på dit eksisterende projekt et stykke ad gangen. Vi vil ikke gennemgå alle detaljer, men vi giver dig nogle links til at komme i gang:

Kontroller flere servoer på én gang

Til min build bestilte jeg denne mikrocontroller, der kan styre op til seksten servoer på egen hånd (som for dem, der tæller derhjemme, ville tilføje op til fire meArm-robotter ... søde). Sættet er ikke formonteret, hvilket betyder, at det kræver noget lodde arbejde. Du kan få andre controllere som denne, der er formonteret, men mange koster mere og gør mindre. Personligt tror jeg, at en $ 15-controller er en anstændig måde at øve på lodning uden at risikere for meget, hvis du ødelægger den, men hvis du ikke ønsker at tage den chance, kan du øve dig ved at lodde et par ledninger sammen først. Her er nogle guider, der kan lede dig gennem processen:

  • Adafruit 16-kanals servo driver med Arduino
  • Adafruit-guide til fremragende lodning
  • Hvordan fungerer Servos?

Tilføj en infrarød fjernbetjening

Infrarøde (IR) fjernbetjeninger er vildledende enkle (og kan være en praktisk tilføjelse til næsten ethvert Arduino-projekt). Alt hvad du behøver er en sensor og en fjernbetjening. Fjernbetjeningen sender koder til din Arduino, som du derefter kan bruge til at udløse kommandoer. I dette tilfælde kan du programmere din robot til at begynde at bevæge sig, stoppe med at bevæge sig eller gå til en bestemt forprogrammeret position. Der er allerede en masse ret god kode derude, du kan bruge til dine projekter. For sjovt læser du jævnt koderne i din tv-fjernbetjening, hvis du vil sige, få din robot til at blive levende, når nogen skifter kanal. Her er nogle ressourcer, du har brug for for at komme i gang:

  • Sådan bruges IR-fjernbetjeninger med Arduino
  • Arduino Infrarød fjernundervisning
  • shirriff / Arduino-IRremote bibliotek

Brug en Wii Nunchuk til at kontrollere din dødsmaskine

Okay, vil du blive rigtig skør? Se ovennævnte video, der viser en robotarm - den samme model, du har bygget! - som kontrolleres af en Wii Nunchuk. Den bruger denne breakout-adapter (som du kan tilslutte en nunchuk direkte i) og giver fuld styring af joystick, hvilket betyder, at du kan få den til at bevæge sig i den retning, du vil, som en futuristisk dukke. Hvis du har nået det punkt, hvor du er klar til at påtage dig dette projekt ved hjælp af denne vejledning, er du sandsynligvis tilbage for anden gang, så velkommen tilbage. Dette er den mest avancerede tilføjelse, vi har inkluderet i denne artikel, så føl dig ikke dårlig, hvis det er lidt over dit hoved. Det er dog rigtig cool. Her er nogle ressourcer til yderligere læsning:

  • Joystick-kontrol af Phenoptix meArm med Inverse Kinematics
  • Wii Nunchuk Breakout Adapter
  • Inverse kinematics kontrolbibliotek til Phenoptix meArm

Som du kan se, dækker robotarmprojektet et væld af koncepter og færdigheder i Arduino-hacking-scenen. Hvis du kan klare det gennem dette projekt uden at blive overvældet eller opgive, kan du sandsynligvis tackle de fleste af Arduino-projekterne, vi har regelmæssigt. At komme i gang kan virke skræmmende, men hvis du tilføjer din viden og erfaring stykke for stykke, kan du bygge noget temmelig fantastisk.

Åben