Robotique mobile avec Scratch : construire un Walker d’insectes comme axée sur l’Arduino et programmez-le avec Scratch

Nous allons se précipitent autour ? C’est un Arduino-basé, facile à construire la version de la marchette insectes comme faite avec du fil de cintre et conçu à l’origine par Jérôme Demers (voir aussi cette instructable) et Gareth Branwyn. Il se décline en deux versions :

  • a standalone, Arduino seule version, alimentée par une esquisse de Arduino de l’ancienne commune, et
  • une version télécommandée, programmée dynamiquement en utilisant le langage de programmation visuel développé au MIT Scratch .

Nous avons mis au point pour les personnes qui ont trouvé cette conception populaire robot mignon mais je voudrais le construire sans avoir à souder un circuit analogique de bi-core.

On l’appelait Kleerhangerbeest, qui est le néerlandais pour "animal portemanteau", en l’honneur de la Strandbeests, robots de plage par le vent du fabricant néerlandais Theo Jansen. La version zéro s’est développée pour permettre à des enfants même préados à programmer sans effort. Il a l’avantage supplémentaire que, en contrôlant le robot à l’aide de l’environnement de programmation visuelle de zéro sur un PC ou le Raspberry Pi, il est possible de développer une programmation multi-thread de Arduino et de modifier le programme sur la piste, sans avoir à recompiler et recharger un programme basé sur le firmware. Cette approche simple à construire, ainsi que le Scratch-basé de programmation, le rend particulièrement intéressant pour enseigner la robotique aux enfants, permettant aux enfants de dynamiquement expérimenter des modes différentes allures et d’explorer les comportement de robot à l’aide d’un outil de programmation qui permet de voir les résultats d’un changement de programme immédiatement facilement.

Nous avons repensé le marcheur de cintre traditionnel comme un robot encore très simple bi-moteur walker qui emploie un Arduino et deux servos de passe-temps. Il donne une allure beaucoup plus contrôlable que le modèle de base de bi-cœur original, mais il est presque aussi peu coûteuse et plus facile à construire. Ce projet est structurellement très similaire à Servo-basé à 4 pattes Walker de Phillip Torrone.

Comment un robot à quatre pattes avec deux jambes tournant contre l’autre à pied rigide ?

Le graphique ci-dessus illustre le principe de mouvement des marcheurs à quatre pattes avec les deux ensembles jambe rigide. Il ne semble pas être une solution très intuitive, mais, en fait, c’est un mécanisme très simple. Il n’est pas nécessairement la plus efficace, depuis certaines jambes traînant aura lieu, mais il fonctionne étonnamment bien pour sa simplicité. L’idée est que, en cas de mouvement, le robot a toujours trois pieds sur le sol et l’autre déclenché. La paire de sol-toucher la jambe avant/arrière controlatéral donnera traction dans le sens désiré, tandis que le troisième pied de sol-toucher est traîné le long, réalisant un mouvement dans le sens inverse du mouvement du robot. Étant donné que le poids du robot doivent être répartis principalement sur les deux bras de traction, la traînée ne sera pas tellement quant à entraver le mouvement vers l’avant.

Robot conceptions peuvent être faites pour avoir soit celui du front ou des pattes se posées à chaque cycle de mouvement. Pour ce faire, les axes des ensembles jambe doivent être à un angle d’environ 25-30 º. L’effet est aussi plus facile à réaliser si les deux ensembles jambe sont de tailles différentes. Nous avons commencé avec une variante de conception Jérôme Demers (court fil : 14 cm, fil long : 21 cm) et plier les fils jusqu'à ce que nous avons obtenu l’effet désiré.

Cette conception simple jambe a un énorme avantage sur jambe articulée dessins comme celui de la strandbeests de Theo Jansen, étaient il y a seulement quelques angle très précis et des relations de taille entre les parties de jambe qui fonctionnent bien. Ceux-ci s’écartent, et la jambe sera inutilisable. Avec jeux de jambes rigides en rotation, il y a beaucoup de différentes conceptions que travail et vous pouvez être créatif et ne devez pas garder les angles et les tailles limites précises. Pendant notre phase de conception et de test, nous avons déterminé expérimentalement qu’il vaut mieux si vous ne commencez pas à passer les deux paires de jambes simultanément, mais commencez par les pieds avant tout d’abord. Avec des conceptions précédentes, employant seulement un circuit analogique de bi-core, ce n’était pas possible. En utilisant un Arduino et deux servos, c’est très simple à réaliser. Nos codes de transformation et de Scratch ci-dessous reflètent cette décision de conception. Une animation intéressante de cette démarche peut être vu dans de Andrew Miller 2 moteurs Walker tutoriel.

Niveau: intermédiaire. Vous devez savoir quelque chose sur :

  • Arduino
  • Communication de Scratch/Arduino à l’aide de s2a_fm (voir tutoriels ci-dessous)
  • Utilisation de Bluetooth sous Linux

Condition préalable: niveau intermédiaire de connaissances sur l’interaction de Scratch et Arduino via Bluetooth. Lire les tutoriels suivants pour savoir comment intégrer Scratch, Arduino et Bluetooth :

Structure physique:

  • Construction de jouets avec grosses vis en métal. Nous avons utilisé des pièces de Meccano vintage sur eBay, mais il y a beaucoup de différentes options disponibles, tels que Modelix.
  • 2 petites MDF plaques (plastique rigide d’une vieille boîte fera également)
  • 12 serres-câble en nylon (15cm) pour la fixation des composants sur la structure
  • Cintre métallique
  • Colle chaude, pour « pieds »

Automatisation:

  • Arduino Uno ou Freaduino. Nous avons construit notre Animal avec un Freaduino. Mais il ne serait également aucun problème à utiliser une autre carte Arduino compatible comme un Uno ou un Nano, par exemple.
  • Protoboard : Le Freaduino n’a pas tout protoboard pour ce projet. Si vous utilisez un Arduino Uno, vous aurez besoin un ProtoShield avec un protoboard de 128 trous installé (Sparkfun vend un kit complet, mais vous trouverez des kits aussi sur eBay et DX). Si vous utilisez un Arduino Nano, vous aurez besoin d’un Protoboard avec 400 trous (


    pour voir comment positionner le Nano au Conseil d’administration).
  • 2 servos de petit passe-temps (TowerPro SG90 suffit)
  • HC-05 ou 06-HC Bluetoth module (le plus simple, le meilleur - regarde nos tutoriels sur zéro et Bluetooth).
  • Fils pour le prototypage
  • Pince de batterie et batterie de 9V.

Programmation:

Vous aurez besoin d’une version de Scratch possédant des blocs extensibles et qui implémente le nouveau standard de communication HTTP Scratch afin de communiquer avec s2a_fm et l’Arduino. Va faire des versions Scratch/dialectes suivants :

  • Berkeley SNAP ! -http:/snap.berkeley.edu
  • MIT Scratch 2.0 éditeur hors ligne
  • MIT Scratch 2.0 en ligne (sur PC uniquement)

Nous suggérons que vous travaillez sur Linux. Les pièces d’automatisation et de la communication sont beaucoup plus faciles sur cette plate-forme. Si vous souhaitez utiliser MIT Scratch 2.0 en mode hors connexion et éprouvez des difficultés à installer, regardez notre tutoriel : Comment installer MIT Scratch 2 Offline éditeur sur Linux.

Guide étape par étape sur la façon de construire le robot marcheur :

Rencontrer l’informatique à l’Initiative de l’école

Dans le cadre de notre Computing à l’initiative de l’école (http://www.computacaonaescola.ufsc.br), nous courons ateliers familiaux soit dans le cadre des programmes scolaires ou séparément (voir le dernier des images ci-dessus). Les ateliers sont adressent aux enfants (6-14 ans) accompagnés d’un parent (ou quelconque membre adulte de la famille ou un ami). Au cours des participants à l’atelier apprendre comment implémenter un petit projet à zéro. Nous choisissons des projets où apprendre à programmer implique le mouvement simple et regarde les commandes ainsi que les événements, les instructions conditionnelles et boucles à l’aide de la télédétection également des commandes et des opérateurs. Alors qu’il enseignait au programme, nous présentons aussi des notions de calcul comme une compréhension de l’algorithmique problèmes (énoncé du problème, l’exécution et test de cycle), de la collaboration sous forme de programmation en binôme, mais aussi la compréhension qu’un programme d’ordinateur est un ensemble d’instructions détaillées pour être joué.

Nous développons également des unités d’apprentissage pour l’enseignement informatique des programmes scolaires. Nous développons actuellement une zéro jeu programmation 12 heures unité interdisciplinaire pour les écoles élémentaires et une unité de 24-heures sur informatique physique avec SCRATCH et d’un kit Arduino de petit budget pour les écoles secondaires.

C. Gresse von Wangenheim, A. von Wangenheim. Enseignement jeu de programmation dans les ateliers familiaux. IEEE Computer Magazine, 47 (8), août 2014. Aussi disponible à [ResearchGate].

Ce travail est sous Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike License 4.0 International.

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