Formation pas à pas en robotique avec un kit : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Après plusieurs mois de construction de mon propre robot (veuillez vous référer à tous ces éléments) et après deux défaillances de pièces, j'ai décidé de prendre du recul et de repenser ma stratégie et ma direction.

L'expérience de plusieurs mois a été parfois très enrichissante, et plusieurs fois très frustrante, très dure, très décevante. Plusieurs fois, cela semblait être deux pas en avant, un pas en arrière.

Et je suppose que cela est dû à une combinaison de plusieurs choses.

Mon objectif était de construire un "vrai" robot - pas un jouet. Un gros robot puissant, avec des pièces robustes et beaucoup d'énergie de batterie disponible, qui pourrait fonctionner (toute la journée ?) et aussi être autonome. Qu'il puisse naviguer en toute sécurité dans tout mon appartement sans causer de dommages (à lui-même ou à quiconque / quoi que ce soit).

Alors que je progressais très lentement, la quantité de recherches, d'essais et d'erreurs, essayez ceci, essayez cela, prenait beaucoup de temps et prenait beaucoup d'énergie mentale / émotionnelle.

Après avoir fait échouer les mêmes pièces deux fois, il serait insensé de les remplacer à nouveau et de continuer.

C'est avec le cœur lourd que j'ai choisi de laisser le projet "Wallace" actuel revenir sur les étagères, d'autant plus que j'étais si proche d'intégrer une IMU dans le logiciel d'exploitation des robots.

Alors que faire maintenant

Il se trouve que pendant la dernière semaine de mon projet de robot "à faire moi-même", au travail, je suivais un cours de logiciel en ligne. Le cours n'a pas d'importance - ce qui m'a impressionné, c'est à quel point c'était bon. L'instructeur dirigeait pratiquement le spectateur par la main, étape par étape, et on pouvait suivre, mettre la vidéo en pause, faire le problème de programmation (juste un petit morceau à la fois), puis voir comment sa solution correspondait à celle de l'instructeur.

Et - encore mieux - toute la série tourne autour d'un véritable projet logiciel, qui est en fait facilement utile pour les besoins commerciaux des sites Web du monde réel.

C'était tellement gratifiant, donc PAS stressant, de ne pas avoir à se demander « qu'est-ce que je devrais apprendre ensuite ? Comment pourrais-je faire/apprendre 'X' » ?

Donc, entre ce qui se passait au travail, et les pièces défaillantes à la maison et moi étant tellement épuisé par la quantité d'efforts, que j'ai souhaité quelque chose de similaire au cours en ligne que je suivais pour le travail - mais que ce soit pour apprendre la robotique.

Ce que je ne voulais PAS, c'est répéter les derniers mois. Je ne voulais pas acheter un autre kit de robot, puis me débattre un peu plus pour qu'il fasse ce que je veux qu'il fasse. Et je ne voulais pas non plus d'une solution entièrement construite et prête à l'emploi, car alors qu'aurais-je appris ? J'ai déjà fait le "assemble-your-first-robot".

Étape 1: La robotique est…

Le problème avec vraiment l'apprentissage de la robotique, c'est qu'il y a tellement de choses impliquées. C'est l'intersection d'au moins (sinon plus) celles-ci:

• génie mécanique
• génie électrique / électronique
• génie logiciel

Chacun des éléments ci-dessus peut être davantage élaboré (ce que je ne ferai pas ici). Le fait est qu'il y a BEAUCOUP à apprendre.

J'ai décidé d'aller avec une approche à deux volets, et donc ce « Instructable », pour vous le lecteur à considérer. J'ai décidé d'aborder ou de commencer dans deux directions différentes mais complémentaires simultanément.

• Réviser / Améliorer / Apprendre / Développer l'analyse des circuits DC et AC
• Trouvez un cours/programme qui est une combinaison de théorie/conférence et pratique, et qui tourne autour d'un kit de robot.

Étape 2: Ingénierie électrique CC et CA

La raison pour laquelle je veux passer du temps à apprendre et à revoir ce domaine est que les pièces du robot ont très probablement échoué en raison de mon manque de protection de circuit appropriée dans certaines zones. Si vous passez en revue les Instructables liés aux robots, je pense toujours qu'ils sont très bons et utiles, même maintenant. Ce n'était qu'un certain segment de pièces qui tombaient en panne, et seulement après un certain temps.

Pour être précis, le robot comprenait une surface de niveau supérieur sur laquelle se trouvait ce que j'appelle des "circuits de support". Il s'agit des circuits d'extension de port GPIO et liés aux capteurs, des cartes de dérivation, des puces, de la distribution d'énergie et du câblage nécessaires pour surveiller et contrôler toutes sortes de capteurs, afin que le robot soit sûr et autonome.

Ce n'était que quelques-unes de ces pièces qui échouaient - mais elles échouaient.

J'ai écrit sur un forum d'ingénierie et j'ai obtenu des réponses. C'est la quantité de détails et le niveau des réponses qui m'ont vraiment marqué que je ne suis tout simplement pas préparé pour le niveau de robot que j'ai en tête.

Il y a un monde de différence entre un petit kit de robot qui a deux moteurs bon marché, peut-être un contrôleur de moteur 2/3 A, peut-être quelques capteurs, que vous pouvez porter dans une main -- et un qui pèse plus de 20 lb et a des moteurs 20A très puissants et plus de 15 capteurs, qui peuvent faire de réels dégâts en cas de problème.

Il était donc temps de jeter un autre regard sur l'électronique DC et AC. Et j'ai trouvé ce site:

DVD de professeur de mathématiques. J'ai trouvé le titre un peu hokey et obsolète. Je n'ai même pas vu de CD ou de DVD depuis des années. Droit?

Mais j'y ai jeté un œil. Et finalement je me suis abonné et maintenant je peux diffuser des vidéos toute la journée si je le souhaite. Le tout pour 20 USD par mois. Jusqu'à présent, j'ai couvert le tome 1.

Pensez à être dans une classe avec un professeur à l'avant, avec un tableau blanc, à présenter des sujets, à les développer, et puis c'est pratique, pratique, pratique. Et c'est ce qu'est ce site.

Nous avons finalement dû nous attaquer à l'algèbre matricielle parce que les circuits avaient trop d'équations simultanées avec le même nombre d'inconnues. Mais ça va. Il passe en revue l'algèbre juste assez pour résoudre les problèmes. Si l'étudiant en veut plus, il existe également des cours de mathématiques et de physique séparés. C'est un très bon programme jusqu'à présent.

J'espère qu'au moment où j'aurai terminé ces cours, j'arriverai à des réponses à mes problèmes avec mes pièces défaillantes et serai prêt pour la future robotique dans le domaine de l'électronique.

Étape 3: Formation et projet en robotique

Mais voici la meilleure partie. L'étape précédente peut être peut-être un peu sèche et peu gratifiante. (Bien qu'une fois que vous aurez dépassé un certain point, vous pourrez choisir vos propres pièces, concevoir votre propre circuit et construire ce que vous voulez. Imaginons que vous vouliez construire (juste pour le plaisir) un émetteur radio et un récepteur. Dites que vous vouliez que cela se fasse avec votre propre choix de fréquence et de protocole. Vous sauriez comment concevoir vos propres circuits.)

Il y a autre chose à faire en parallèle: un cours de robotique. Un vrai cours de robotique.

(Si vous voulez seulement que la carte du microcontrôleur fasse votre propre truc (je compose une série d'Instructables qui pourraient être utiles), la carte de développement MSP432 elle-même est relativement peu coûteuse à environ 27 $ USD. Vous pouvez vérifier avec Amazon, Digikey, Newark, Element14 ou Mouser.)

Il se trouve que récemment, Texas Instruments a produit un cours aussi complet. Le kit d'apprentissage TI Robotics Systems. S'il vous plaît, ne vous laissez pas tromper par la partie "kit". C'est waaaay plus qu'un simple "construire un autre petit kit de robot". S'il vous plaît jeter un oeil sérieux à ce lien.

Cela m'a coûté 200 $ US pour un kit complet. Vous pouvez également voir la vidéo ci-jointe que j'ai mis pour cette étape.

Regardez tous ces modules d'apprentissage:

• Commencer
• Module 1 - Exécution de code sur le LaunchPad à l'aide de CCS (mes observations du laboratoire 1)
• Module 2 - Tension, courant et puissance (générateur de signal et capacité Instructables élaborés à partir du laboratoire 2)
• Module 3 - ARM Cortex M (voici Lab 3 notes Instructable - comparant l'assemblage à "C")
• Module 4 - Conception de logiciels à l'aide de MSP432 (vidéo des notes du Lab 4, vidéo #2 du Lab 4)
• Module 5 - Régulation de la batterie et de la tension
• Module 6 - GPIO (consultez un Lab 6 Instructable Part 1, Part 2 et Part 3 mais en mettant l'accent sur la programmation d'assemblage)
• Module 7 - Machines à états finis (Lab 7 Partie 1) Assemblage)
• Module 8 - Interface d'entrée et de sortie
• Module 9 - Minuteur SysTick
• Module 10 - Débogage des systèmes temps réel
• Module 11 - Affichage à cristaux liquides
• Module 12 - Moteurs à courant continu
• Module 13 - Minuteries
• Module 14 - Systèmes en temps réel
• Module 15 - Systèmes d'acquisition de données
• Module 16 - Tachymètre
• Module 17 - Systèmes de contrôle
• Module 18 - Communication série
• Module 19 - Bluetooth basse consommation
• Module 20 - Wi-Fi
• Relever des défis

Cette vidéo de TI peut dire ce que je voulais exprimer bien mieux que moi.

Étape 4: Utilisez le programme de robotique comme point de départ

Bien que ce ne soit pas facile, ou pas comme interdit, vous pouvez développer les conférences, les laboratoires, les activités, etc., proposés par le programme.

Par exemple, j'ai lié d'autres Instructables à celui-ci (voir l'étape précédente répertoriant tous les modules d'apprentissage) où j'ai essayé soit de développer en faisant plus avec l'électronique (condensateurs), soit d'essayer d'écrire le code en assemblage dans en plus de l'écrire en C.

Plus vous êtes familiarisé avec la programmation en assembleur, meilleur vous pouvez être un programmeur de langage de haut niveau; les meilleurs choix que vous ferez dans les projets.

Étape 5: Arduino Vs MSP432 (travail en cours)

Je ne le savais pas vraiment avec certitude à l'époque, mais j'avais cette impression… voici un extrait d'un article qui peut l'exprimer mieux que moi:

Différences entre Arduino et MSP432401R: Maintenant, nous allons voir pourquoi nous avons choisi MSP432 par opposition au très populaire Arduino. Arduino est peut-être assez simple à programmer et à prototyper en raison de toutes les API disponibles, mais lorsqu'il s'agit d'un meilleur contrôle du matériel, MSP432 a l'avantage. Avec l'aide de CCS, nous pouvons non seulement accéder à l'espace d'adressage de MSP432, mais aussi nous peut modifier les valeurs de différents registres qui affecteront de manière appropriée différents paramètres. Arduino n'est pas seulement un microcontrôleur, c'est pratiquement comme un emballage autour d'un microcontrôleur. Arduino est comme une tarte cuite alors que MSP432 est comme une orange crue que nous devons cuisiner nous-mêmes. Espérons que cela clarifie les différentes applications des deux. Pour les premiers stades, Arduino peut être utilisé, mais lorsque les performances deviennent critiques, TI MSP432 fonctionne beaucoup mieux en raison du contrôle du matériel.

Cet extrait est tiré d'ici.

Étape 6: Raspberry Pi 3 B Vs MSP432 (travail en cours)

La comparaison n'est pas vraiment juste, car le Pi est vraiment un micro-ordinateur et le MSP est un micro-contrôleur.

Cependant, avec le T. I. Bien sûr Robotics Kit, il est utilisé comme cerveau pour un robot.

Évidemment, le Pi a beaucoup plus de mémoire.

Le Pi, fonctionnant sous Raspbian, n'est pas un système d'exploitation en temps réel. Cet inconvénient pourrait entrer en jeu si vous vouliez obtenir des mesures précises (timing) à partir d'un capteur.

Le MSP sur la carte de développement comprend deux LED à usage général (au moins une, peut-être les deux, sont RVB), et la carte comprend également deux interrupteurs à bouton-poussoir momentanés à usage général.