Schritt-für-Schritt-Ausbildung in Robotik mit einem Kit - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Nachdem ich einige Monate lang meinen eigenen Roboter gebaut hatte (siehe all diese), und nachdem zweimal Teile ausfielen, beschloss ich, einen Schritt zurückzutreten und meine Strategie und Richtung zu überdenken.

Die mehrmonatige Erfahrung war manchmal sehr lohnend und oft sehr frustrierend, sehr hart, sehr enttäuschend. Oft kam es mir vor wie zwei Schritte vorwärts, ein Schritt zurück.

Und ich denke, das liegt an einer Kombination mehrerer Dinge.

Mein Ziel war es, einen „echten“Roboter zu bauen – kein Spielzeug. Ein großer, leistungsstarker Roboter mit robusten Teilen und viel verfügbarer Batterieenergie, der (den ganzen Tag?) laufen und auch autonom sein könnte. Dass es sicher durch meine gesamte Wohnung navigieren könnte, ohne (sich selbst oder irgendjemanden / irgendetwas) Schaden zuzufügen.

Während ich sehr langsam Fortschritte machte, war die Menge an Forschung, Versuch und Irrtum, probiere dies, probiere das sehr zeitaufwendig und kostete viel mentale / emotionale Energie.

Nachdem die gleichen Teile zweimal ausgefallen sind, wäre es Wahnsinn, sie einfach noch einmal zu ersetzen und weiterzumachen.

Schweren Herzens habe ich mich entschieden, das aktuelle "Wallace"-Projekt wieder ins Regal zu stellen, zumal ich kurz davor war, eine IMU in die Betriebssoftware der Roboter zu integrieren.

Also, was jetzt zu tun ist

So kam es, dass ich in der letzten Woche meines "Do-it-myself"-Roboter-Projekts bei der Arbeit einen Online-Softwarekurs belegte. Der Kurs ist irrelevant - was mich beeindruckt hat, war, wie gut er war. Der Instruktor führte den Zuschauer praktisch Schritt für Schritt an der Hand, und man konnte mitverfolgen, das Video anhalten, die Programmieraufgabe lösen (nur ein kleines Stück nach dem anderen) und dann sehen, wie die eigene Lösung mit der des Instruktors übereinstimmte.

Und – noch besser – die gesamte Serie dreht sich um ein echtes Softwareprojekt, das für reale Website-Geschäftsanforderungen leicht nützlich ist.

Es war so lohnend, so NICHT stressig, sich nicht fragen zu müssen "Was soll ich als nächstes lernen? Wie würde ich 'X' machen / lernen"?

Zwischen dem, was bei der Arbeit passierte, den Teilen, die zu Hause versagten, und meiner Erschöpfung von der Menge an Anstrengung, wünschte ich mir etwas Ähnliches wie den Online-Kurs, den ich für die Arbeit belegte - aber zum Erlernen der Robotik.

Was ich NICHT wollte, ist die letzten Monate zu wiederholen. Ich wollte nicht noch einen weiteren Roboterbausatz kaufen und dann noch ein bisschen herumstolpern, damit er das tut, was ich will. Und ich wollte auch keine fertig gebaute, einsatzbereite Lösung, denn was würde ich dann lernen? Ich habe bereits den "Montage-Deinen-Ersten-Roboter" gemacht.

Schritt 1: Robotik ist …

Das Problem beim wirklichen Erlernen der Robotik ist, dass es einfach so viel zu tun gibt. Es ist der Schnittpunkt von mindestens (wenn nicht mehr) dieser:

• Maschinenbau
• Elektro-/Elektroniktechnik
• Softwareentwicklung

Jedes der oben genannten kann weiter ausgeführt werden (was ich hier nicht tun werde). Der Punkt ist: Es gibt viel zu lernen.

Ich entschied mich für einen zweigleisigen Ansatz und damit für dieses "Instructable", das Sie als Leser in Betracht ziehen sollten. Ich beschloss, in zwei verschiedene, aber sich ergänzende Richtungen gleichzeitig anzugehen oder zu starten.

• Überprüfen / Verbessern / Lernen / Erweitern der DC- und AC-Schaltkreisanalyse
• Finden Sie einen Kurs / ein Programm, das eine Kombination aus Theorie / Vorlesung und praktischen Übungen ist und sich um einen Roboterbausatz dreht.

Schritt 2: Gleichstrom- und Wechselstrom-Elektrotechnik

Der Grund, warum ich Zeit damit verbringen möchte, diesen Bereich zu lernen und zu überprüfen, ist, dass die Roboterteile höchstwahrscheinlich ausgefallen sind, weil ich in bestimmten Bereichen keinen angemessenen Stromkreisschutz bereitgestellt habe. Wenn Sie die roboterbezogenen Instructables überprüfen, denke ich, dass sie auch jetzt noch sehr gut und nützlich sind. Es war nur ein bestimmter Teil von Teilen, der versagte, und das erst nach einiger Zeit.

Genauer gesagt enthielt der Roboter eine Oberfläche auf oberster Ebene, auf der sich das befand, was ich "unterstützende Schaltungen" nenne. Dies sind die GPIO-Porterweiterung und sensorbezogene Schaltungen, Breakout-Boards, Chips, Stromverteilung und Verkabelung, die zur Überwachung und Steuerung aller Arten von Sensoren benötigt werden, damit der Roboter sicher und autonom ist.

Es waren nur einige dieser Teile, die versagten – aber sie versagten.

Ich habe an ein Ingenieurforum geschrieben und Antworten bekommen. Es war die Detailfülle und das Niveau der Antworten, die mich wirklich überzeugten, dass ich einfach nicht auf das Roboterniveau vorbereitet bin, das ich mir vorstelle.

Es gibt einen himmelweiten Unterschied zwischen einem kleinen Roboterbausatz mit zwei preiswerten Motoren, vielleicht einem 2/3-Ampere-Motorcontroller, vielleicht ein paar Sensoren, die Sie in einer Hand tragen können – und einem, der über 20 Pfund wiegt und hat sehr leistungsstarke 20A-Motoren und mehr als 15 Sensoren, die echten Schaden anrichten können, wenn etwas schief geht.

Es war also an der Zeit, einen weiteren Blick auf die DC- und AC-Elektronik zu werfen. Und ich habe diese Seite gefunden:

Mathe-Lehrer-DVD. Ich fand den Titel ein bisschen kitschig und veraltet. Ich habe seit Jahren keine CD oder DVD mehr gesehen. Rechts?

Aber ich habe mir das mal angeschaut. Und schließlich abonniert und jetzt kann ich den ganzen Tag Videos streamen, wenn ich möchte. Alles für 20 USD pro Monat. Bisher habe ich Band 1 behandelt.

Denken Sie daran, in einer Klasse mit einem Professor an der Front zu sein, mit einem Whiteboard, Themen vorzustellen, sie auszuarbeiten, und dann heißt es üben, üben, üben. Und das ist diese Seite.

Wir mussten schließlich die Matrixalgebra treffen, weil die Schaltungen zu viele gleichzeitige Gleichungen mit einer ähnlichen Anzahl von Unbekannten hatten. Aber das ist in Ordnung. Er geht die Algebra gerade genug durch, um die Probleme zu lösen. Wenn der Student mehr will, gibt es auch separate Mathe-Physik-Kurse. Bisher ein sehr gutes Programm.

Ich hoffe, dass ich bis zum Abschluss dieser Kurse Antworten auf meine Probleme mit dem Versagen meiner Teile finde und bereit für die zukünftige Robotik im Bereich der Elektronik bin.

Schritt 3: Robotik-Training und -Projekt

Aber hier ist der beste Teil. Der vorherige Schritt kann vielleicht etwas trocken und nicht lohnend sein. (Aber wenn Sie einen bestimmten Punkt überschritten haben, können Sie Ihre eigenen Teile auswählen, Ihre eigene Schaltung entwerfen und bauen, was Sie wollen. Angenommen, Sie wollten (nur zum Spaß) einen Funksender und einen Empfänger bauen. Angenommen, Sie wollten, dass dies mit Ihrer eigenen Wahl der Frequenz und des Protokolls geschieht. Sie würden wissen, wie Sie Ihre eigenen Schaltungen entwerfen.)

Gleichzeitig gibt es noch etwas zu tun: einen Robotik-Kurs. Ein echter Robotikkurs.

(Wenn Sie nur möchten, dass das Mikrocontroller-Board Ihr eigenes Ding macht (ich komponiere eine Reihe von Instructables, die hilfreich sein könnten), ist das MSP432-Entwicklungsboard selbst mit etwa 27 USD relativ günstig. Sie können bei Amazon, Digikey, nachfragen, Newark, Element14 oder Mouser.)

Zufällig hat Texas Instruments kürzlich einen so umfassenden Kurs erstellt. Das TI Robotics Systems-Lernkit. Bitte lassen Sie sich nicht vom "Kit"-Teil täuschen. Dies ist mehr als nur ein "weiterer kleiner Roboterbausatz". Bitte werfen Sie einen ernsthaften Blick auf diesen Link.

Es hat mich 200 USD für ein komplettes Kit gekostet. Sie können sich auch das angehängte Video ansehen, das ich für diesen Schritt eingestellt habe.

Schauen Sie sich all diese Lernmodule an:

• Einstieg
• Modul 1 – Ausführen von Code auf dem LaunchPad mit CCS (meine Beobachtungen von Lab 1)
• Modul 2 - Spannung, Strom und Leistung (Signalgenerator und Kapazität Instructables aus Lab 2)
• Modul 3 - ARM Cortex M (hier sind Lab 3 Notizen Instructable - Vergleich der Montage mit "C")
• Modul 4 – Softwaredesign mit MSP432 (Video der Anmerkungen zu Lab 4, Video #2 von Lab 4)
• Modul 5 - Batterie- und Spannungsregelung
• Modul 6 - GPIO (schauen Sie sich ein Lab 6 Instructable Teil 1, Teil 2 und Teil 3 an, aber mit Fokus auf Assemblerprogrammierung)
• Modul 7 - Finite State Machines (Lab 7 Teil 1 Montage)
• Modul 8 - Schnittstelle zwischen Eingang und Ausgang
• Modul 9 - SysTick-Timer
• Modul 10 - Debugging von Echtzeitsystemen
• Modul 11 - Flüssigkristallanzeige
• Modul 12 - Gleichstrommotoren
• Modul 13 - Timer
• Modul 14 - Echtzeitsysteme
• Modul 15 - Datenerfassungssysteme
• Modul 16 - Drehzahlmesser
• Modul 17 - Steuerungssysteme
• Modul 18 - Serielle Kommunikation
• Modul 19 - Bluetooth Low Energy
• Modul 20 - WLAN
• Nehmen Sie an Herausforderungen teil

Dieses Video von TI kann viel besser sagen, was ich ausdrücken wollte, als ich es kann.

Schritt 4: Verwenden Sie das Robotik-Curriculum als Ausgangspunkt

Obwohl es nicht einfach oder nicht wie vorgeschrieben ist, könnten Sie die Vorlesungen, Labore, Aktivitäten usw., die der Lehrplan bietet, erweitern.

Zum Beispiel habe ich einige andere Instructables mit diesem verknüpft (siehe den vorherigen Schritt, der alle Lernmodule auflistet), wo ich versucht habe, entweder mehr mit der Elektronik (Kondensatoren) zu erweitern oder den Code in der Assembly zu schreiben zusätzlich zum Schreiben in C.

Je besser Sie mit Assemblerprogrammierung vertraut sind, desto besser können Sie Programmiersprachen auf höherer Ebene sein; die besseren Entscheidungen, die Sie in Projekten treffen.

Schritt 5: Arduino vs MSP432 (in Arbeit)

Ich wusste es damals noch nicht so genau, aber ich hatte diesen Eindruck… hier ein Auszug aus einem Artikel, der es besser ausdrücken kann als ich:

Unterschiede zwischen Arduino und MSP432401R: Jetzt werden wir sehen, warum wir MSP432 im Gegensatz zum beliebten Arduino ausgewählt haben. Arduino mag aufgrund all der verfügbaren APIs recht einfach zu programmieren und zu prototypisieren sein, aber wenn es um eine bessere Kontrolle der Hardware geht, hat MSP432 den Vorteil. Mit Hilfe von CCS können wir nicht nur auf den Adressraum von MSP432 zugreifen, sondern auch wir kann die Werte verschiedener Register ändern, was sich entsprechend auf verschiedene Einstellungen auswirkt. Arduino ist nicht nur ein Mikrocontroller, es ist praktisch wie ein Wrapper um einen Mikrocontroller. Arduino ist wie ein gekochter Kuchen, während MSP432 wie eine rohe Orange ist, die wir selbst kochen müssen. Hoffentlich verdeutlicht dies die unterschiedlichen Anwendungen der beiden. Für den Anfang kann Arduino verwendet werden, aber wenn die Leistung kritisch wird, funktioniert TI MSP432 aufgrund der Kontrolle über die Hardware viel besser.

Dieser Auszug stammt von hier.

Schritt 6: Raspberry Pi 3 B vs MSP432 (in Arbeit)

Der Vergleich ist nicht wirklich fair, da der Pi eigentlich ein Mikrocomputer und der MSP ein Mikrocontroller ist.

Mit dem T. I. Robotics Kit-Kurs wird es als Gehirn für einen Roboter verwendet.

Offensichtlich hat der Pi viel mehr Speicher.

Der Pi, auf dem Raspbian läuft, ist kein Echtzeit-Betriebssystem. Dieser Nachteil könnte zum Tragen kommen, wenn Sie an präzisen Messungen (Timing) von einem Sensor interessiert sind.

Der MSP auf der Entwicklungsplatine enthält zwei Allzweck-LEDs (mindestens eine, möglicherweise beide sind RGB) und die Platine enthält auch zwei Allzweck-Taster.