Educación paso a paso en robótica con un kit: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Después de varios meses de construir mi propio robot (por favor, consulte todos estos), y después de que las piezas fallaran dos veces, decidí dar un paso atrás y volver a pensar en mi estrategia y dirección.

La experiencia de varios meses fue a veces muy gratificante, y muchas veces muy frustrante, muy dura, muy decepcionante. Muchas veces parecía dos pasos adelante, un paso atrás.

Y supongo que se debe a una combinación de varias cosas.

Mi objetivo era construir un robot "real", no un juguete. Un robot grande y potente, con piezas robustas y mucha energía de batería disponible, que podría funcionar (¿todo el día?) Y también ser autónomo. Que podría navegar de manera segura por todo mi apartamento sin causar (a sí mismo ni a nadie / nada) daños.

Mientras progresaba muy lentamente, la cantidad de investigación, prueba y error, prueba esto, prueba aquello, consumía mucho tiempo y mucha energía mental / emocional.

Después de que las mismas partes fallan dos veces, sería una locura simplemente reemplazarlas una vez más y continuar.

Fue con el corazón apesadumbrado que decidí dejar que el proyecto actual "Wallace" volviera a la estantería, especialmente porque estaba tan cerca de incorporar una IMU en el software operativo de los robots.

Entonces, ¿qué hacer ahora?

Sucedió que durante la última semana de mi proyecto de robot "hágalo yo mismo", en el trabajo estaba tomando un curso de software en línea. El curso es irrelevante, lo que me impresionó fue lo bueno que era. El instructor prácticamente llevó al espectador de la mano, paso a paso, y uno podía seguirlo, pausar el video, hacer el problema de programación (solo una pequeña parte a la vez) y luego ver cómo la solución de uno coincidía con la del instructor.

Y, lo que es aún mejor, toda la serie gira en torno a un proyecto de software real, que en realidad es fácilmente útil para las necesidades comerciales de sitios web del mundo real.

Fue tan gratificante, tan NO estresante, no tener que preguntarme "¿qué debo aprender a continuación? ¿Cómo haré / aprenderé 'X'"?

Entonces, entre lo que estaba sucediendo en el trabajo y las partes que fallaban en casa y que yo estuviera tan agotado por la cantidad de esfuerzo, que deseaba algo similar al curso en línea que estaba tomando para el trabajo, pero que fuera para aprender robótica..

Lo que NO quería es repetir los últimos meses. No quería comprar otro kit de robot y luego dar vueltas un poco más para que hiciera lo que yo quería que hiciera. Y tampoco quería una solución completamente construida y lista para usar porque entonces, ¿qué aprendería? Ya hice el "ensambla-tu-primer-robot".

Paso 1: La robótica es …

El problema con el aprendizaje real de la robótica es que hay muchas cosas involucradas. Es la intersección de al menos (si no más) estos:

• Ingeniería Mecánica
• ingeniería eléctrica / electrónica
• Ingeniería de software

Cada uno de los anteriores se puede desarrollar con más detalle (lo que no haré aquí). El punto es: hay MUCHO que aprender.

Decidí ir con un enfoque de dos puntas, y por lo tanto este "Instructable", para que usted, el lector, lo considere. Decidí abordar o comenzar en dos direcciones diferentes pero complementarias simultáneamente.

• Revisar / Mejorar encendido / Aprender / Expandir análisis de circuitos de CC y CA
• Encuentre un curso / programa que sea una combinación de teoría / conferencia y práctica, y que gire en torno a un kit de robot.

Paso 2: Ingeniería eléctrica de CC y CA

La razón por la que quiero dedicar tiempo a aprender y revisar esta área es porque las partes del robot probablemente fallaron debido a mi falta de protección de circuito adecuada en ciertas áreas. Si revisa los Instructables relacionados con robots, todavía creo que son muy buenos y útiles, incluso ahora. Era solo un cierto segmento de partes que estaban fallando, y solo después de un período de tiempo.

Para ser específico, el robot incluía una superficie de nivel superior sobre la que había lo que yo llamo "circuitos de apoyo". Estos son los circuitos relacionados con sensores y expansión de puertos GPIO, placas de conexiones, chips, distribución de energía y cableado necesarios para monitorear y controlar todo tipo de sensores, para que el robot sea seguro y autónomo.

Fueron solo algunas de esas partes que fallaron, pero estaban fallando.

Escribí en un foro de ingeniería y obtuve respuestas. Fue la cantidad de detalles y el nivel de las respuestas lo que realmente me impactó de que no estoy preparado para el nivel de robot que tengo en mente.

Hay una gran diferencia entre un kit de robot pequeño que tiene dos motores económicos, tal vez un controlador de motor de 2/3 amperios, tal vez un par de sensores, que puede llevar en una mano, y uno que pesa más de 20 libras y tiene motores de 20 A muy potentes y más de 15 sensores que pueden causar daños reales si algo sale mal.

Entonces, era hora de echar otro vistazo a la electrónica de CC y CA. Y encontré este sitio:

DVD del tutor de matemáticas. Encontré el título un poco cursi y desactualizado. Ni siquiera he visto un CD o DVD en años. ¿Derecha?

Pero le eché un vistazo. Y finalmente me suscribí y ahora puedo transmitir videos todo el día si lo deseo. Todo por $ 20 USD al mes. Hasta ahora he cubierto el Volumen 1.

Piense en estar en una clase con un profesor al frente, con una pizarra, presentando temas, ampliándolos, y luego es práctica, práctica, práctica. Y eso es lo que es este sitio.

Eventualmente tuvimos que acertar con el álgebra matricial porque los circuitos tenían demasiadas ecuaciones simultáneas con el mismo número de incógnitas. Pero eso esta bien. Repasa el álgebra lo suficiente para superar los problemas. Si el estudiante quiere más, también hay cursos separados de física matemática. Hasta ahora ha sido un programa muy bueno.

Mi esperanza es que cuando termine estos cursos, llegaré a las respuestas a mis problemas con las piezas que fallan y estaré listo para la robótica futura en el área de la electrónica.

Paso 3: Proyecto y capacitación en robótica

Pero esta es la mejor parte. El paso anterior quizás pueda ser un poco seco y no gratificante. (Aunque, una vez que haya pasado cierto punto, podrá elegir sus propias piezas, diseñar su propio circuito y construir lo que quiera. Digamos que quería construir (solo por diversión) un transmisor de radio y un receptor. Digamos que desea que sea con su propia elección de frecuencia y protocolo. Sabría cómo diseñar sus propios circuitos).

Hay algo más que hacer al mismo tiempo: un curso de robótica. Un verdadero curso de robótica.

(Si solo desea que la placa del microcontrolador haga lo suyo (estoy componiendo una serie de Instructables que podrían ser útiles), la placa de desarrollo MSP432 en sí es relativamente barata en alrededor de $ 27 USD. Puede consultar con Amazon, Digikey, Newark, Element14 o Mouser.)

Sucede que recientemente, Texas Instruments ha producido un curso tan completo. El kit de aprendizaje de sistemas robóticos de TI. Por favor, no dejes que la parte del "kit" te engañe. Esto es mucho más que simplemente "construir otro kit de robot pequeño". Por favor, eche un vistazo a ese enlace.

Me costó $ 200 USD por un kit completo. También puedes ver el video adjunto que pongo para este Paso.

Mira todos estos módulos de aprendizaje:

• Empezando
• Módulo 1: Ejecución de código en el LaunchPad usando CCS (mis observaciones del Laboratorio 1)
• Módulo 2 - Voltaje, Corriente y Potencia (Instructables de generador de señal y capacitancia elaborados a partir del Laboratorio 2)
• Módulo 3 - ARM Cortex M (aquí están las notas del Laboratorio 3 Instructable - comparando el ensamblaje con "C")
• Módulo 4: Diseño de software usando MSP432 (video de las notas del Laboratorio 4, video # 2 del Laboratorio 4)
• Módulo 5 - Regulación de voltaje y batería
• Módulo 6 - GPIO (consulte una Parte 1, Parte 2 y Parte 3 con instrucciones de Lab 6, pero con enfoque en la programación de ensamblaje)
• Módulo 7 - Máquinas de estados finitos (laboratorio 7, parte 1, ensamblaje)
• Módulo 8: Interfaz de entrada y salida
• Módulo 9 - Temporizador SysTick
• Módulo 10: Depuración de sistemas en tiempo real
• Módulo 11 - Pantalla de cristal líquido
• Módulo 12 - Motores de CC
• Módulo 13 - Temporizadores
• Módulo 14 - Sistemas en tiempo real
• Módulo 15 - Sistemas de adquisición de datos
• Módulo 16 - Tacómetro
• Módulo 17 - Sistemas de control
• Módulo 18 - Comunicación en serie
• Módulo 19 - Bluetooth de baja energía
• Módulo 20 - Wi-Fi
• Competir desafíos

Este video de TI puede decir lo que quería expresar mucho mejor que yo.

Paso 4: utilice el plan de estudios de robótica como punto de partida

Si bien no es fácil, o no según lo prescrito, puede ampliar las conferencias, los laboratorios, las actividades, etc., que ofrece el plan de estudios.

Por ejemplo, he vinculado algunos otros Instructables en este (consulte el Paso anterior que enumera todos los módulos de aprendizaje) donde traté de expandirme haciendo más con la electrónica (condensadores), o trato de escribir el código en ensamblaje en además de escribirlo en C.

Cuanto más esté familiarizado con la programación en ensamblador, mejor programador de lenguaje de alto nivel podrá ser; las mejores decisiones que tomará en los proyectos.

Paso 5: Arduino Vs MSP432 (trabajo en progreso)

Realmente no lo sabía con certeza en ese momento, pero tuve esa impresión … aquí hay un extracto de un artículo que puede expresarlo mejor que yo:

Diferencias entre Arduino y MSP432401R: Ahora, veremos por qué elegimos MSP432 en lugar del muy popular Arduino. Arduino puede ser bastante simple de programar y crear prototipos debido a todas las API disponibles, pero cuando se trata de un mejor control del hardware, MSP432 tiene la ventaja. Con la ayuda de CCS, no solo podemos acceder al espacio de direcciones de MSP432 sino también puede cambiar los valores de diferentes registros que afectarán apropiadamente a diferentes configuraciones. Arduino no es solo un microcontrolador, es virtualmente como un envoltorio alrededor de un microcontrolador. Arduino es como un pastel cocido, mientras que MSP432 es como una naranja cruda que tenemos que cocinar nosotros mismos. Con suerte, esto aclara las diferentes aplicaciones de ambos. Para las etapas iniciales se puede usar Arduino, pero cuando el rendimiento se vuelve crítico, TI MSP432 funciona mucho mejor debido al control sobre el hardware.

Ese extracto está tomado de aquí.

Paso 6: Raspberry Pi 3 B Vs MSP432 (trabajo en progreso)

La comparación no es realmente justa, ya que el Pi es realmente una microcomputadora y el MSP es un microcontrolador.

Sin embargo, con el T. I. Curso Kit de robótica, se está utilizando como el cerebro de un robot.

Obviamente, el Pi tiene mucha más memoria.

El Pi, que funciona con Raspbian, no es un sistema operativo en tiempo real. Este inconveniente podría entrar en juego si estuviera interesado en obtener mediciones precisas (sincronización) de un sensor.

El MSP en la placa de desarrollo incluye dos LED de uso general (al menos uno, quizás ambos, son RGB), y la placa también incluye dos interruptores de botón pulsador momentáneos de uso general.