تعليم الروبوتات خطوة بخطوة مع مجموعة: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

بعد بضعة أشهر من بناء الروبوت الخاص بي (يرجى الرجوع إلى كل هذه الأشياء) ، وبعد فشل أجزائه مرتين ، قررت أن أتراجع خطوة إلى الوراء وأعيد التفكير في استراتيجيتي واتجاهي.

كانت تجربة الأشهر العديدة في بعض الأحيان مجزية للغاية ، وفي كثير من الأحيان محبطة للغاية ، وصعبة للغاية ، ومخيبة للآمال للغاية. في كثير من الأحيان بدا الأمر وكأنه خطوتان إلى الأمام ، خطوة إلى الوراء.

وأعتقد أن هذا يرجع إلى مزيج من عدة أشياء.

كان هدفي هو بناء روبوت "حقيقي" - وليس لعبة. روبوت كبير وقوي ، بأجزاء قوية والكثير من طاقة البطارية المتاحة ، يمكن أن يعمل (طوال اليوم؟) ويكون أيضًا مستقلاً. أنه يمكنه التنقل بأمان في شقتي بالكامل دون التسبب في ضرر (بحد ذاته أو لأي شخص / أي شيء).

بينما كنت أحرز تقدمًا بطيئًا للغاية ، كان مقدار البحث والتجربة والخطأ ، جرب هذا ، جرب ذلك ، مستهلكًا للوقت للغاية واستغرق الكثير من الطاقة العقلية / العاطفية.

بعد فشل الأجزاء نفسها مرتين ، سيكون من الجنون استبدالها مرة أخرى ، والاستمرار في العمل.

بقلب حزين اخترت أن أترك مشروع "والاس" الحالي يعود إلى الرف ، خاصة وأنني كنت قريبًا جدًا من دمج IMU في برنامج تشغيل الروبوتات.

اذا ما العمل الآن؟ ماذا نفعل الآن

لقد حدث أنه خلال الأسبوع الأخير من مشروع الروبوت الخاص بي "افعل ذلك بنفسي" ، كنت في العمل أتلقى دورة تدريبية على الإنترنت. الدورة ليست ذات صلة - ما ترك انطباعًا لدي هو مدى جودتها. قام المدرب عمليًا بقيادة المشاهد باليد ، خطوة بخطوة ، ويمكن للمرء أن يتابع ، ويوقف الفيديو مؤقتًا ، ويقوم بمشكلة البرمجة (مجرد جزء صغير في كل مرة) ، ثم يرى كيف يتطابق حل المرء مع المعلم.

والأفضل من ذلك ، أن السلسلة بأكملها تدور حول مشروع برمجي حقيقي ، وهو في الواقع مفيد بسهولة لاحتياجات أعمال مواقع الويب الواقعية.

لقد كان مجزيًا جدًا ، لذا لم يكن مرهقًا ، ألا تضطر إلى التساؤل "ما الذي يجب أن أتعلمه بعد ذلك؟ كيف يمكنني القيام / تعلم" X "؟

لذا ، بين ما كان يحدث في العمل ، والأجزاء التي تعطلت في المنزل ، وأنا مرهق للغاية بسبب مقدار الجهد ، الذي كنت أتمنى أن أحصل عليه في شيء مشابه للدورة التدريبية عبر الإنترنت التي كنت أقوم بها في العمل - ولكن هذا من أجل تعلم الروبوتات.

ما لم أكن أريده هو تكرار الأشهر القليلة الماضية. لم أكن أرغب في شراء مجموعة روبوت أخرى ، ثم تتعثر حول بعض الأشياء الأخرى لتجعلها تفعل ما أريد أن تفعله. كما أنني لا أريد حلاً مبنيًا بالكامل وجاهزًا للعمل لأنه بعد ذلك ما الذي سأتعلمه؟ لقد انتهيت بالفعل من "تجميع أول روبوت".

الخطوة 1: الروبوتات …

تكمن مشكلة تعلم الروبوتات حقًا في أن هناك الكثير من الأمور المتضمنة. إنه تقاطع ما لا يقل عن (إن لم يكن أكثر) هذه:

• مهندس ميكانيكى
• الهندسة الكهربائية / الإلكترونية
• هندسة البرمجيات

يمكن توضيح كل ما سبق بمزيد من التفصيل (وهو ما لن أفعله هنا). النقطة المهمة هي: هناك الكثير لنتعلمه.

قررت أن أتبع نهجًا ذا شقين ، وبالتالي هذا "Instructable" ، لكي يأخذك القارئ في الاعتبار. قررت أن أعالج أو أبدأ في اتجاهين مختلفين لكن متكاملين في نفس الوقت.

• مراجعة / تحسين تشغيل / تعلم / توسيع تحليل دارات التيار المتردد والتيار المتردد
• ابحث عن دورة تدريبية / برنامج عبارة عن مزيج من النظرية / المحاضرة والتدريب العملي ، وتدور حول مجموعة أدوات الروبوت.

الخطوة الثانية: الهندسة الكهربائية DC و AC

السبب الذي يجعلني أرغب في قضاء الوقت في تعلم ومراجعة هذه المنطقة هو أن أجزاء الروبوت قد فشلت على الأرجح بسبب افتقاري إلى توفير حماية الدوائر المناسبة في مناطق معينة. إذا قمت بمراجعة Instructables المتعلقة بالروبوت ، ما زلت أعتقد أنها جيدة ومفيدة للغاية ، حتى الآن. لقد كان مجرد جزء معين من الأجزاء التي فشلت ، وفقط بعد فترة زمنية معينة.

على وجه التحديد ، تضمن الروبوت سطحًا عالي المستوى يوجد عليه ما أسميه "الدوائر الداعمة". هذه هي الدوائر المتصلة بتوسيع منفذ GPIO والدوائر المرتبطة بالمستشعر ، ولوحات الفصل ، والرقائق ، وتوزيع الطاقة ، والكابلات اللازمة لمراقبة جميع أنواع أجهزة الاستشعار والتحكم فيها ، حتى يكون الروبوت آمنًا ومستقلًا.

لقد كان فشل عدد قليل فقط من تلك الأجزاء - لكنهم فشلوا.

لقد كتبت بالفعل إلى منتدى هندسي وحصلت على ردود. لقد كان مقدار التفاصيل ومستوى الردود الذي أصابني حقًا أنني لست مستعدًا لمستوى الروبوت الذي يدور في ذهني.

هناك اختلاف كبير بين مجموعة روبوت صغيرة تحتوي على محركين غير مكلفين ، ربما وحدة تحكم بمحرك 2/3 أمبير ، وربما زوجان من أجهزة الاستشعار ، يمكنك حملها بيد واحدة - والآخر الذي يزيد وزنه عن 20 رطلاً ويحتوي محركات 20 أمبير قوية جدًا ، وما يزيد عن 15 مستشعرًا ، يمكنها إلحاق ضرر حقيقي إذا حدث خطأ ما.

لذا ، فقد حان الوقت لإلقاء نظرة أخرى على إلكترونيات التيار المستمر والتيار المتردد. ووجدت هذا الموقع:

مدرس الرياضيات DVD. لقد وجدت أن العنوان هزلي بعض الشيء وعفا عليه الزمن. لم أر حتى قرص مضغوط أو قرص DVD منذ سنوات. حق؟

لكني ألقيت نظرة عليه. وفي النهاية اشتركت ويمكنني الآن بث مقاطع الفيديو طوال اليوم إذا كنت أرغب. كل ذلك مقابل 20 دولارًا أمريكيًا في الشهر. لقد قمت حتى الآن بتغطية المجلد 1.

فكر في أن تكون في فصل دراسي مع أستاذ في المقدمة ، مع سبورة بيضاء ، وتقديم الموضوعات ، وتوضيحها بالتفصيل ، ثم التدريب ، والممارسة ، والممارسة. وهذا ما هو هذا الموقع.

اضطررنا في النهاية إلى الوصول إلى جبر المصفوفة لأن الدوائر تحتوي على عدد كبير جدًا من المعادلات المتزامنة مع عدد مماثل من المجاهيل. ولكن هذا على ما يرام. يذهب إلى الجبر بما يكفي لتجاوز المشاكل. إذا كان الطالب يريد المزيد ، فهناك أيضًا دورات منفصلة في فيزياء الرياضيات. لقد كان برنامجًا جيدًا جدًا حتى الآن.

آمل أنه بحلول الوقت الذي أتجاوز فيه هذه الدورات ، سأصل إلى إجابات لمشاكلي المتعلقة بفشل أجزائي ، وأن أكون جاهزًا للروبوتات المستقبلية في مجال الإلكترونيات.

الخطوة الثالثة: مشروع تدريب الروبوتات

لكن هذا هو الجزء الأفضل. قد تكون الخطوة السابقة جافة بعض الشيء وليست مجزية. (على الرغم من أنك بمجرد تجاوز نقطة معينة ، ستتمكن من اختيار الأجزاء الخاصة بك ، وتصميم دائرتك الخاصة ، وبناء ما تريد. لنفترض أنك تريد إنشاء جهاز إرسال وجهاز استقبال (للمتعة فقط). لنفترض أنك تريد أن يكون ذلك مع اختيارك للتردد والبروتوكول. ستعرف كيفية تصميم الدوائر الخاصة بك.)

هناك شيء آخر يجب القيام به في نفس الوقت: دورة الروبوتات. دورة روبوتات حقيقية.

(إذا كنت تريد فقط من لوحة التحكم الصغيرة أن تفعل ما تريده (أنا أقوم بتأليف سلسلة من Instructables التي قد تكون مفيدة) ، فإن لوحة التطوير MSP432 نفسها غير مكلفة نسبيًا بحوالي 27 دولارًا أمريكيًا.يمكنك التحقق من Amazon ، Digikey ، Newark أو Element14 أو Mouser.)

لقد حدث أن شركة Texas Instruments أنتجت مؤخرًا مثل هذه الدورة التدريبية الشاملة. مجموعة تعلم أنظمة الروبوتات TI. من فضلك لا تدع جزء "المجموعة" يخدعك. هذا هو أكثر من مجرد "بناء مجموعة روبوت صغيرة أخرى". يرجى إلقاء نظرة جادة على هذا الرابط.

كلفني 200 دولار أمريكي لمجموعة كاملة. يمكنك أيضًا مشاهدة الفيديو المرفق الذي أضعه لهذه الخطوة.

انظر إلى كل وحدات التعلم هذه:

• ابدء
• الوحدة 1 - تشغيل الكود على LaunchPad باستخدام CCS (ملاحظاتي على Lab 1)
• الوحدة 2 - الجهد والتيار والطاقة (مولد الإشارة والسعة التعليمات المفصلة من المختبر 2)
• الوحدة 3 - ARM Cortex M (هنا ملاحظات معمل 3 قابلة للتوجيه - مقارنة التجميع بـ "C")
• الوحدة 4 - تصميم البرامج باستخدام MSP432 (فيديو لملاحظات المعمل 4 ، الفيديو رقم 2 من المختبر 4)
• الوحدة 5 - تنظيم البطارية والجهد
• الوحدة 6 - GPIO (تحقق من مختبر 6 الجزء 1 القابل للتوجيه والجزء 2 والجزء 3 ولكن مع التركيز على برمجة التجميع)
• الوحدة 7 - آلات الحالة المحدودة (مختبر 7 الجزء 1 التجميع)
• الوحدة 8 - ربط المدخلات والمخرجات
• الوحدة 9 - SysTick Timer
• الوحدة 10 - تصحيح أخطاء أنظمة الوقت الفعلي
• الوحدة 11 - شاشة الكريستال السائل
• الوحدة 12 - محركات التيار المستمر
• الوحدة 13 - المؤقتات
• الوحدة 14 - أنظمة الوقت الفعلي
• الوحدة 15 - أنظمة الحصول على البيانات
• الوحدة 16 - مقياس سرعة الدوران
• الوحدة 17 - أنظمة التحكم
• الوحدة 18 - الاتصال التسلسلي
• الوحدة 19 - بلوتوث منخفض الطاقة
• الوحدة 20 - Wi-Fi
• تنافس التحديات

يمكن لهذا الفيديو من TI أن يقول ما أردت التعبير عنه بشكل أفضل بكثير مما أستطيع.

الخطوة 4: استخدم منهج الروبوتات كنقطة انطلاق

على الرغم من أن هذا ليس سهلاً أو ليس محظورًا ، إلا أنه يمكنك التوسع في المحاضرات والمختبرات والأنشطة وما إلى ذلك التي يقدمها المنهج.

على سبيل المثال ، لقد قمت بربط بعض Instructables الأخرى بهذا (انظر الخطوة السابقة التي تسرد جميع وحدات التعلم) حيث حاولت إما التوسع عن طريق القيام بالمزيد مع الإلكترونيات (المكثفات) ، أو محاولة كتابة الكود في التجميع بالإضافة إلى كتابته بلغة C.

كلما كنت أكثر دراية ببرمجة التجميع ، كان بإمكانك أن تكون مبرمج لغة ذو مستوى أعلى ؛ أفضل الخيارات التي ستقوم بها في المشاريع.

الخطوة 5: Arduino Vs MSP432 (العمل قيد التقدم)

لم أكن أعرف ذلك على وجه اليقين في ذلك الوقت ، ولكن كان لدي هذا الانطباع … هذا مقتطف من مقال يمكنه التعبير عنه بشكل أفضل مما أستطيع:

الاختلافات بين Arduino و MSP432401R: الآن ، سنرى لماذا اخترنا MSP432 بدلاً من Arduino الأكثر شيوعًا. قد يكون برنامج Arduino بسيطًا جدًا في البرمجة والنموذج الأولي بسبب جميع واجهات برمجة التطبيقات المتاحة ، ولكن عندما يتعلق الأمر بتحكم أفضل في الأجهزة ، فإن MSP432 يتمتع بميزة ، بمساعدة CCS ، لا يمكننا الوصول إلى مساحة عنوان MSP432 فحسب ، بل نحن أيضًا يمكن أن يغير قيم السجلات المختلفة التي ستؤثر بشكل مناسب على الإعدادات المختلفة. أردوينو ليس مجرد متحكم ، إنه عمليا مثل غلاف حول متحكم دقيق. اردوينو يشبه الفطيرة المطبوخة بينما MSP432 يشبه البرتقال الخام الذي يتعين علينا طهيه بأنفسنا. نأمل أن يوضح هذا التطبيقات المختلفة لكليهما ، في المراحل الأولى يمكن استخدام Arduino ، ولكن عندما يصبح الأداء حرجًا ، يعمل TI MSP432 بشكل أفضل بسبب التحكم في الأجهزة.

هذا المقتطف مأخوذ من هنا.

الخطوة 6: Raspberry Pi 3 B Vs MSP432 (العمل قيد التقدم)

المقارنة ليست عادلة حقًا ، لأن Pi عبارة عن كمبيوتر صغير حقًا و MSP عبارة عن وحدة تحكم صغيرة.

ومع ذلك ، مع T. I. دورة Robotics Kit ، يتم استخدامها كعقل للإنسان الآلي.

من الواضح أن Pi لديها ذاكرة أكبر بكثير.

Pi ، قيد التشغيل Raspbian ، ليس نظام تشغيل في الوقت الفعلي. يمكن أن يحدث هذا العيب إذا كنت مهتمًا بالحصول على قياسات دقيقة (توقيت) من جهاز استشعار.

يشتمل MSP على لوحة التطوير على اثنين من مصابيح LED للأغراض العامة (واحد على الأقل ، ربما كلاهما ، RGB) ، كما تشتمل اللوحة أيضًا على مفتاحي زر ضغط مؤقتين للأغراض العامة.