Educação passo a passo em robótica com um kit: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Depois de alguns meses construindo meu próprio robô (consulte todos eles), e depois de duas vezes ter peças falhadas, decidi dar um passo para trás e repensar minha estratégia e direção.

A experiência de vários meses foi às vezes muito gratificante, e muitas vezes muito frustrante, muito difícil, muito decepcionante. Muitas vezes parecia que eram dois passos para frente, um passo para trás.

E acho que isso se deve a uma combinação de várias coisas.

Meu objetivo era construir um robô "real" - não um brinquedo. Um robô grande e poderoso, com peças robustas e muita energia de bateria disponível, que podia funcionar (o dia todo?) E também ser autônomo. Que ele pudesse navegar com segurança por todo o meu apartamento sem causar danos (a si mesmo ou a alguém / nada).

Embora eu estivesse fazendo progressos muito lentamente, a quantidade de pesquisa, tentativa e erro, tente isso, tente aquilo, consumia muito tempo e consumia muita energia mental / emocional.

Depois de ter as mesmas peças falhando duas vezes, seria uma loucura apenas substituí-las mais uma vez e seguir em frente.

Foi com o coração pesado que escolhi deixar o atual projeto "Wallace" voltar à prateleira, especialmente porque eu estava tão perto de incorporar uma IMU ao software operacional dos robôs.

Então o que fazer agora

Acontece que durante a última semana do meu projeto de robô "faça-você-mesmo", no trabalho, eu estava fazendo um curso de software online. O curso é irrelevante - o que mais me impressionou foi o quão bom ele era. O instrutor praticamente conduzia o espectador pela mão, passo a passo, e era possível acompanhar, pausar o vídeo, resolver o problema de programação (apenas um pedacinho de cada vez) e ver como a solução de cada um combinava com a do instrutor.

E - ainda melhor - toda a série gira em torno de um projeto de software real, que é facilmente útil para as necessidades de negócios de um site do mundo real.

Foi tão gratificante, NÃO estressante, não ter que me perguntar "o que devo aprender a seguir? Como eu faria para fazer / aprender 'X'"?

Então, entre o que estava acontecendo no trabalho e as partes falhando em casa e eu estar tão exausto com a quantidade de esforço, que desejei algo semelhante ao curso online que estava fazendo para o trabalho - mas que fosse para aprender robótica.

O que eu NÃO queria é repetir nos últimos meses. Eu não queria comprar mais um kit de robô e depois me atrapalhar um pouco mais para fazer o que eu quero. E também não queria uma solução totalmente construída e pronta para uso, porque então o que eu aprenderia? Já fiz o "monte seu primeiro robô".

Etapa 1: Robótica é …

O problema de realmente aprender robótica é que há muita coisa envolvida. É a interseção de pelo menos (se não mais) estes:

• Engenharia Mecânica
• engenharia elétrica / eletrônica
• Engenharia de software

Cada um dos itens acima pode ser mais elaborado (o que não farei aqui). A questão é: há MUITO para aprender.

Decidi ir com uma abordagem em duas frentes e, portanto, este "Instrutível", para você, leitor, considerar. Decidi atacar ou começar em duas direções diferentes, mas complementares, simultaneamente.

• Rever / Melhorar / Aprender / Expandir a análise do circuito DC e AC
• Encontre um curso / programa que seja uma combinação de teoria / aula e prática e que gira em torno de um kit de robô.

Etapa 2: Engenharia Elétrica DC e AC

O motivo pelo qual quero gastar tempo aprendendo e revisando esta área é porque as peças do robô provavelmente falharam devido à minha falta de fornecer proteções de circuito adequadas em certas áreas. Se você revisar os Instructables relacionados a robôs, ainda acho que eles são muito bons e úteis, mesmo agora. Apenas um determinado segmento de peças estava falhando, e somente depois de algum tempo.

Para ser mais específico, o robô incluía uma superfície de nível superior sobre a qual havia o que chamo de "circuitos de suporte". Estes são os circuitos de expansão de porta GPIO e relacionados a sensores, placas de breakout, chips, distribuição de energia e cabeamento necessários para monitorar e controlar todos os tipos de sensores, para que o robô seja seguro e autônomo.

Foi apenas algumas dessas partes falhando - mas eles estavam falhando.

Eu escrevi para um fórum de engenharia e recebi respostas. Foi a quantidade de detalhes e o nível das respostas que realmente me atingiram que eu simplesmente não estou preparado para o nível de robô que tenho em mente.

Há uma grande diferença entre um pequeno kit de robô que tem dois motores baratos, talvez um controlador de motor de 2/3 Amp, talvez alguns sensores, que você pode carregar em uma mão - e um que pesa mais de 20 libras e tem motores 20A muito poderosos e mais de 15 sensores, que podem causar danos reais se algo der errado.

Então, era hora de dar uma outra olhada na eletrônica DC e AC. E eu encontrei este site:

DVD do tutor de matemática. Achei o título um pouco piegas e desatualizado. Não vejo um CD ou DVD há anos. Direito?

Mas eu dei uma olhada nisso. E finalmente me inscrevi e agora posso transmitir vídeos o dia todo, se quiser. Tudo por US $ 20 por mês. Até agora, cobri o Volume 1.

Pense em estar em uma aula com um professor na frente, com um quadro branco, apresentando os assuntos, elaborando sobre eles, e aí é prática, prática, prática. E é isso que este site é.

Eventualmente, tivemos que acertar a álgebra matricial porque os circuitos tinham muitas equações simultâneas com o mesmo número de incógnitas. Mas tudo bem. Ele repassa a álgebra apenas o suficiente para resolver os problemas. Se o aluno quiser mais, também existem cursos separados de matemática e física. Tem sido um programa muito bom até agora.

Minha esperança é que, no momento em que terminar esses cursos, eu consiga as respostas para meus problemas com minhas peças defeituosas e esteja pronto para a robótica futura na área de eletrônica.

Etapa 3: Treinamento e Projeto de Robótica

Mas aqui está a melhor parte. A etapa anterior pode ser um pouco árida e não gratificante. (Embora, depois de passar de um determinado ponto, você poderá escolher suas próprias peças, projetar seu próprio circuito e construir o que quiser. Digamos que você queira construir (apenas por diversão) um transmissor e um receptor de rádio. Digamos que você queira que isso seja feito com sua própria escolha de frequência e protocolo. Você saberia como projetar seus próprios circuitos.)

Há algo mais para fazer ao mesmo tempo: um curso de robótica. Um verdadeiro curso de robótica.

(Se você quiser apenas que a placa do microcontrolador faça o que você quer (estou compondo uma série de Instructables que podem ser úteis), a placa de desenvolvimento MSP432 em si é relativamente barata, custando cerca de US $ 27. Você pode verificar com a Amazon, Digikey, Newark, Element14 ou Mouser.)

Acontece que recentemente a Texas Instruments produziu um curso tão abrangente. O Kit de Aprendizagem da TI Robotics Systems. Por favor, não se deixe enganar pela parte do "kit". Isso é muuuuito mais do que apenas "construir outro pequeno kit de robô". Por favor, dê uma olhada nesse link.

Custou-me $ 200 USD por um kit completo. Você também pode ver o vídeo anexado que coloquei para esta etapa.

Veja todos esses módulos de aprendizagem:

• Começando
• Módulo 1 - Executando o código no LaunchPad usando CCS (minhas observações do Laboratório 1)
• Módulo 2 - Tensão, Corrente e Potência (gerador de sinal e instrutíveis de capacitância elaborados a partir do Laboratório 2)
• Módulo 3 - ARM Cortex M (aqui estão as notas instrutivas do Laboratório 3 - comparando a montagem com "C")
• Módulo 4 - Projeto de software usando MSP432 (vídeo das notas do Laboratório 4, vídeo nº 2 do Laboratório 4)
• Módulo 5 - Regulação de bateria e tensão
• Módulo 6 - GPIO (verifique um Laboratório 6 Instrutível Parte 1, Parte 2 e Parte 3, mas com foco na programação de montagem)
• Módulo 7 - Máquinas de estado finito (Montagem do laboratório 7, parte 1)
• Módulo 8 - Interface de entrada e saída
• Módulo 9 - SysTick Timer
• Módulo 10 - Depuração de sistemas em tempo real
• Módulo 11 - Tela de cristal líquido
• Módulo 12 - Motores DC
• Módulo 13 - Temporizadores
• Módulo 14 - Sistemas em tempo real
• Módulo 15 - Sistemas de aquisição de dados
• Módulo 16 - Tacômetro
• Módulo 17 - Sistemas de controle
• Módulo 18 - Comunicação serial
• Módulo 19 - Bluetooth de baixa energia
• Módulo 20 - Wi-Fi
• Desafios de competição

Este vídeo da TI pode dizer o que eu queria expressar muito melhor do que eu.

Etapa 4: use o currículo de robótica como ponto de partida

Embora não seja fácil, ou não conforme prescrito, você pode expandir as palestras, laboratórios, atividades, etc, que o currículo oferece.

Por exemplo, vinculei alguns outros Instructables a este (consulte a Etapa anterior listando todos os módulos de aprendizagem) onde tentei expandir fazendo mais com a eletrônica (capacitores), ou tentei escrever o código em assembly em além de escrevê-lo em C.

Quanto mais familiarizado com a programação em assembly, melhor programador de linguagem de nível superior você pode ser; as melhores escolhas que você fará nos projetos.

Etapa 5: Arduino Vs MSP432 (trabalho em andamento)

Eu realmente não sabia com certeza na época, mas tive essa impressão … aqui está um trecho de um artigo que pode expressá-lo melhor do que eu:

Diferenças entre o Arduino e o MSP432401R: agora, veremos por que escolhemos o MSP432 em vez do tão popular Arduino. O Arduino pode ser bastante simples de programar e prototipar por causa de todas as APIs disponíveis, mas quando se trata de um melhor controle de hardware, o MSP432 tem a vantagem. Com a ajuda do CCS, podemos não apenas acessar o espaço de endereço do MSP432, mas também nós pode alterar os valores de diferentes registros que afetarão apropriadamente diferentes configurações. O Arduino não é apenas um microcontrolador, é virtualmente como um invólucro em torno de um microcontrolador. O Arduino é como uma torta cozida, enquanto o MSP432 é como uma laranja crua que temos que cozinhar nós mesmos. Esperançosamente, isso esclarece as diferentes aplicações de ambos. Para os estágios iniciais, o Arduino pode ser usado, mas quando o desempenho se torna crítico, o TI MSP432 funciona muito melhor por causa do controle sobre o hardware.

Esse trecho é tirado daqui.

Etapa 6: Raspberry Pi 3 B Vs MSP432 (trabalho em andamento)

A comparação não é muito justa, já que o Pi é realmente um micro computador e o MSP é um micro controlador.

No entanto, com o T. I. Claro Kit de Robótica, ele está sendo usado como o cérebro de um robô.

Obviamente, o Pi tem muito mais memória.

O Pi, rodando o Raspbian, não é um sistema operacional em tempo real. Essa desvantagem pode aparecer se você estiver interessado em obter medições precisas (tempo) de um sensor.

O MSP na placa de desenvolvimento inclui dois LEDs de uso geral (pelo menos um, talvez ambos, sejam RGB), e a placa também inclui dois interruptores de botão momentâneos de uso geral.