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Construire un bras robotique Kickass: le projet Arduino idéal pour les débutants

L'Arduino est un moyen amusant et peu coûteux de créer votre propre système électronique. Il peut également être décourageant de commencer. Ici, nous allons vous montrer comment obtenir un apprêt Arduino de bout en bout avec un projet tueur: construire un bras robotique.

Dans ce guide, nous allons vous présenter Arduino en utilisant le projet de bras robot meArm comme guide pour une variété de compétences. MeArm est un kit open-source comprenant toutes les pièces nécessaires à la construction d'un petit bras robotique alimenté par Arduino. Vous pouvez commander un ensemble complet dans des magasins tels que Hackaday ou télécharger les plans de Thingiverse et découpez-les vous-même. Vous pouvez utiliser un cutter au laser, une imprimante 3D ou même sculpter les pièces en bois. Les kits sont relativement peu coûteux (j'ai eu le mien pour environ 50 $), donc c'est assez accessible.

Pourquoi un bras de robot?

Apprendre de nouvelles compétences est toujours un défi. Arduino peut être particulièrement décourageant, car vous apprenez essentiellement à construire des dispositifs électroniques entiers à partir de rien. Cela nécessite l'apprentissage simultané de plusieurs nouvelles compétences: électricité, montage, codage, capteurs, servos, télécommandes, assemblage, etc.

Chacune de ces compétences peut être difficile à apprendre par elles-mêmes. Bien qu'il existe une multitude de didacticiels en ligne, il est important de vous fixer un objectif global unique. Nous savons également que votre cerveau apprend mieux lorsque vous étalez votre apprentissage au fil du temps. Avoir quelque chose qui t'excite ne pourrait pas faire de mal.

Construire un bras de robot est un projet à long terme qui peut couvrir tous ces besoins en même temps. Je tente personnellement d'apprendre les projets Arduino depuis environ neuf mois et depuis lors, le bras robotique a été la meilleure expérience d'apprentissage que j'ai eue, notamment parce que:

  • C'est complet: Trouver un premier projet est difficile. Il est encore plus difficile d’en trouver un qui puisse vous apprendre quelque chose. Vous pouvez créer un circuit de LED assez facilement, mais tout ce que vous avez est un circuit de LED. Apprendre à construire un bras de robot vous apprendra à manier un circuit, à programmer votre Arduino et à travailler avec des pièces mobiles. En fin de compte, vous aurez une chose réelle, physique qui fait ce que vous programmez pour le faire. Pas seulement un voyant de validation qui s’allume lorsque vous appuyez sur un bouton.
  • Il est extensible: si les 45 combinaisons différentes d'Iron Man nous ont appris quelque chose, c'est que vous pouvez toujours améliorer un robot. Ce kit de bras de robot commence par quelques compétences de base, mais vous pouvez le développer avec une grande variété de développements. Vous pouvez ajouter des télécommandes (infrarouge ou Bluetooth, par exemple) et même apprendre à étendre les capacités de votre Arduino avec des boucliers supplémentaires. Il suffit de demander «Que puis-je faire de plus?» Et vous pouvez trouver toutes sortes de nouvelles compétences à apprendre sans démarrer un nouveau projet à partir de zéro.
  • C’est génial: il est probable que, même si vous lisez si loin, c’est parce que vous pensez avoir votre propre robot vous excite. Les robots sont cool. Ils peuvent aussi se sentir futuristes et inaccessibles. Si apprendre est meilleur lorsque vous êtes enthousiasmé par ce que vous apprenez, il est difficile de battre un bras de robot pour pénétrer dans le monde Arduino.

Cela étant dit, cela ne signifie pas nécessairement que cela devrait être votre projet. Ça peut être! Mais si vous n'avez jamais touché à un circuit imprimé, vous pouvez le faire lentement. Ne pensez pas au bras du robot comme votre première étape. Pensez-y comme à votre examen final. Dès que vous obtenez un bon kit de démarrage Arduino, vous devriez essayer quelques choses de base, comme brancher une LED sur une planche à pain ou la contrôler avec un bouton, juste pour bien comprendre le fonctionnement. Vous pouvez probablement ignorer le projet Love-O-Meter, cependant.

Plus important encore, Google tout . N'oubliez pas qu'il s'agit d'un projet à long terme. Nous n'allons pas vous guider à travers chaque étape, mais nous vous montrerons les éléments de base dont vous avez besoin pour y arriver. Ne vous attendez pas à commencer sans expérience vendredi et à finir avec un robot sensible télécommandé d'ici dimanche. Nous aurons beaucoup de liens vers des guides tout au long de cet article, et nous nous attendons à ce que vous partiez d'ici, que vous suiviez ces guides pendant quelques heures et que vous reveniez. Pensez à cela moins comme un manuel étape par étape et plus comme une carte. Si vous vous perdez un peu en cours de route, n’ayez pas peur de vous arrêter et de demander votre chemin.

Ce dont vous aurez besoin

Ce guide sera divisé en deux sections principales. Le premier consistera à construire et à mettre en service le bras de base du robot. La seconde vous montrera quelques projets optionnels que vous pouvez utiliser pour développer ses capacités. Pour passer à travers la première section, voici ce dont vous aurez besoin:

  • Un kit de démarrage Arduino: la plupart des kits de démarrage Arduino comprendront les composants de base dont vous aurez besoin pour ce projet (ainsi que de nombreux autres). Vous aurez besoin d'un Arduino (nous utiliserons un Uno R3), de différentes longueurs de fil, d'un câble USB pour se connecter à votre ordinateur, d'une carte graphique et d'un potentiomètre, qui peut être utilisé comme bouton de contrôle de votre robot ultérieurement. sur. Adafruit propose une sélection de quelques kits de démarrage pour différentes gammes de prix. Ce kit en particulier comprend tout ce qui est mentionné ci-dessus pour 65 $. Vous aurez peut-être aussi besoin d’un condensateur de 470uf plus tard, que vous pourrez vous procurer chez RadioShack à moindre coût.
  • Un kit meArm: pour simplifier, vous pouvez acheter un kit complet ici. Cela inclut tout ce dont vous avez besoin pour construire le bras lui-même. Vous pouvez éventuellement télécharger les plans ici et les créer vous-même. Les plans nécessitent des tailles très précises. N'utilisez donc cette option que si vous avez accès à des outils capables de couper (ou d'imprimer en 3D) les pièces correctement.
  • Un IDE Arduino: Un IDE (ou environnement de développement intégré) est le programme que vous utiliserez pour écrire et télécharger un logiciel (appelé «sketches») sur votre Arduino. Vous pouvez télécharger l'IDE officiel Arduino ici. D'après mon expérience personnelle, CodeBender, déjà couvert, est une excellente alternative basée sur un navigateur qui stocke vos esquisses en ligne pour un accès facile.

Ceux-ci vont vous aider à démarrer et à couvrir les bases. C'est aussi beaucoup d'acheter en même temps, alors ne vous sentez pas mal si vous ne voulez pas aller plus loin que cela. Au fil du temps, vous pourrez ajouter plus d’outils et d’équipements à votre arsenal.

Ce que ce projet implique

Nous supposerons que vous avez tout acquis dans la première liste à puces de la section ci-dessus et que vous êtes prêt à assembler votre robot. Nous ne détaillerons pas chaque étape si d'autres guides plus officiels le font déjà, mais nous vous guiderons à travers les différentes phases du projet. Vous pouvez prendre cela à n'importe quel rythme avec lequel vous êtes à l'aise, mais nous le diviserons en morceaux que vous pourrez aborder au cours de plusieurs week-ends.

Première phase: construction

Ce que cela implique: À ce stade, vous allez assembler votre bras de robot. Cela ne fera rien pour le moment, mais ça aura l'air cool. La société derrière le kit a des instructions détaillées ici. Votre kit devrait être accompagné d’un ensemble de pièces en plastique, de quelques vis et de quatre servos. Si vous n'avez jamais utilisé de servo auparavant, c'est un petit moteur à faible puissance qui alimentera les mouvements de votre robot. Ce kit en utilise un à la base, deux de chaque côté du bras et un dans la pince. Si vous avez déjà construit un meuble IKEA, cela ne devrait pas être trop compliqué. Il suffit de suivre les instructions avec précision . Le robot est plus délicat que votre table basse, et trop serrer une vis ici, ou utiliser la mauvaise pièce là-bas peut vous causer des maux de tête. Heureusement, les instructions ci-dessus sont très détaillées et vous avertiront à plusieurs reprises avant que vous puissiez faire quelque chose qui va vous gâcher, de sorte que vous êtes entre de bonnes mains.

Ce que vous apprendrez: Personnellement, c’est ma partie préférée parce que vous apprenez quelque chose que la plupart des tutoriels de projet négligent:. De nombreux projets vous montrent un concept lorsque vous êtes attaché à une planche à pain, mais ne le déplacez jamais vers une réalité. Ici, vous allez apprendre à attacher des servos à des pièces de travail sur un projet fini. Vous apprendrez également l'art délicat de travailler avec de minuscules pièces en mouvement.

Temps requis: La partie construction ici peut être réalisée en quelques heures seulement. Cependant, je conseille de laisser votre travail entrer un peu. Si vous n'avez jamais travaillé avec la robotique auparavant, c'est un bon moment pour examiner comment votre bot a été assemblé, comment il peut évoluer et pour commencer à réfléchir à la manière dont vous pourriez monter votre Arduino ultérieurement. La prochaine étape peut devenir compliquée, alors ne vous précipitez pas. Vous pouvez déplacer manuellement les parties de votre bras de robot doucement pour jouer avec. Ne forcez pas trop, cependant, vous pourriez endommager les servos.

Phase deux: la planche à pain

Ce que cela implique: L'étape suivante consiste à connecter l'un de vos servos à votre Arduino. Vous y arriverez en utilisant une planche à pain. Une planche à pain est un outil simple qui permet de prototyper des circuits électroniques avant de les assembler complètement, sans avoir à souder. Adafruit propose ici un excellent didacticiel qui vous guidera tout au long de la procédure de connexion de votre servo directement à l’Arduino, ainsi que de l’ajout ultérieur d’un potentiomètre, que vous pourrez utiliser comme bouton rotatif pour contrôler manuellement le mouvement.

Si ce paragraphe vous paraissait un peu trop lourd, c’est le bon moment pour faire une copie de sauvegarde et apprendre le fonctionnement de la planche à pain. Sparkfun propose ici un excellent guide qui explique comment utiliser une planche à pain et ce que vous pouvez en faire. Tutsplus propose un excellent didacticiel sur la connexion d’une DEL à une source d’alimentation et l’ajout d’un bouton. Prenez le temps de l'assembler et de comprendre le circuit que vous venez d'assembler. Une fois que vous avez compris comment l'électricité circule dans un circuit simple, vous devez être prêt à connecter l'un des servos de votre robot. De par mon expérience personnelle, cette partie peut sembler décourageante. Assembler les pièces et suivre les instructions est facile, cependant. Comprendre comment tout cela fonctionne est la partie difficile, mais cela prend du temps.

Ce que vous apprendrez: La planche à pain est la base du prototypage électronique de la plupart des amateurs. Si vous avez suivi tous les guides ci-dessus, vous apprendrez à connecter des voyants, des boutons, des résistances, des potentiomètres et des servos à une source d'alimentation ou à un Arduino. Avec seulement ces composants, vous pouvez déjà créer beaucoup de choses amusantes. Une fois que vous avez acquis les bases, il est plus facile de les développer en vous renseignant sur les différents types de composants, leur fonctionnement et leur intégration dans vos projets (pour en savoir plus sur certaines manières de le faire, voir la section sur l’expansion ci-dessous).

Temps requis: Si vous connaissez déjà le breadboard, la connexion du servo devrait prendre environ cinq minutes., si vous n’avez jamais touché à l’électronique auparavant, donnez-vous un jour ou deux pour lire les guides ci-dessus, tripotez divers circuits et découvrez comment ils fonctionnent. Je conseillerais même de prendre une semaine pour traiter les leçons que vous avez apprises. Les circuits de planche à pain sont simples, mais cela peut être un concept difficile à comprendre. Et ce n’est pas quelque chose que vous souhaitez accélérer, en particulier compte tenu de la complexité de la section suivante.

Phase trois: programmation

Ce que cela implique: Une fois que tout est connecté, il est temps de l'activer. Pour cela, vous devez avoir votre configuration Arduino IDE et connectée à votre carte. Si vous souhaitez utiliser CodeBender comme moi, vous pouvez suivre le guide de démarrage ici. Sinon, vous pouvez suivre le guide d'Adafruit à l'IDE officiel ici.

Une fois votre environnement configuré, vous commencerez également à programmer le matériel. Le guide d'Adafruit contient un croquis d'asservissement simple que vous pouvez utiliser pour faire bouger votre robot. Je vous conseillerais d’utiliser le servo de base (celui du bas) pour cela, car c’est le seul de votre robot qui offre un mouvement complet à 180 degrés. Vous pourriez endommager certains des autres servos en les forçant à aller au-delà de leurs limites physiques si vous tentez cette esquisse avec les autres servos. Cependant, une fois que vous avez compris le fonctionnement de ce dessin, vous pouvez essayer de le modifier pour qu'il fonctionne avec les autres!

Ce que vous apprendrez: C’est la phase où tout est réuni. Vous en apprendrez un peu plus sur le fonctionnement du servomoteur et sur la programmation d'un Arduino. Si vous n'avez jamais fait de programmation auparavant, vous pouvez déposer le croquis dans l'EDI et cela fonctionnera, mais je vous conseillerais de consulter certains de nos guides précédents sur la façon d'apprendre à coder. Le langage Arduino partage beaucoup de syntaxe avec C / C ++ et Java, donc si vous avez une expérience de ces technologies, vous devriez vous sentir à l'aise. Vous pouvez également consulter la bibliothèque de référence Arduino ici.

Temps requis: Même si vous avez de l'expérience en programmation, je vous conseillerais de prendre un autre week-end pour apprendre à configurer l'IDE Arduino. Apprendre à coder est une compétence pour la vie, alors n’ayez pas peur de travailler sur cette phase pendant quelques semaines. Vous pouvez en tirer parti avec le croquis de bouton fourni par Adafruit, qui vous permettra de contrôler manuellement votre robot. N'ayez pas peur de vous tromper. Vous pouvez également expérimenter certaines structures logiques de base à ce stade.

Toutes nos félicitations! Vous venez de faire un robot

Si vous avez réussi à traverser tout cela, alors vous venez d'acquérir un tas de compétences dans un long projet. Lorsque j'ai assemblé ce robot pour la première fois, j'ai trouvé qu'il était étonnamment simple, bien qu'il s'agisse d'une introduction à de nombreux sujets complexes. Cependant, à la fin, la plupart des projets électroniques, comme ceux que nous présentons régulièrement, ne semblent plus aussi effrayants.

À partir de là, vous pouvez commencer à développer ce que vous avez. Si vous sentez que vous avez à peine passé le cap, essayez des ajouts simples, comme l’ajout d’une DEL pour indiquer que le moteur tourne, ou d’un bouton pour activer ou désactiver le mouvement. Jouez un peu avec le logiciel et voyez comment il réagit. Si vous bousillez un logiciel et renversez un servo, vous pouvez commander en ligne des pièces de rechange super économiques.

Développez vos connaissances avec ces projets d'expansion

Vous avez construit un robot. Maintenant quoi? Eh bien, à supposer qu’elle n’ait pas pris conscience de la réalité et n’ait pas tenté de tuer l’humanité, vous pouvez poursuivre un certain nombre de projets pouvant s’appuyer sur votre projet actuel, pièce par étape. Nous ne détaillerons pas tous les détails, mais nous vous donnerons quelques liens pour vous aider à démarrer:

Contrôler plusieurs servos à la fois

Pour ma construction, j'ai commandé ce microcontrôleur qui peut contrôler jusqu'à seize servos à lui seul (ce qui, pour ceux qui comptent à la maison, ajouterait jusqu'à quatre robots meArm… doux). Le kit n'est pas pré-assemblé, ce qui signifie qu'il nécessiterait quelques travaux de brasage. Vous pouvez obtenir d'autres contrôleurs comme celui-ci qui sont pré-assemblés, mais beaucoup coûtent plus et font moins. Personnellement, je pense qu'un contrôleur à 15 $ est une manière décente de pratiquer la soudure sans trop risquer de la perdre, mais si vous ne voulez pas prendre cette chance, essayez de souder quelques fils ensemble en premier. Voici quelques guides qui peuvent vous guider tout au long du processus:

  • Servomoteur Adafruit 16 canaux avec Arduino
  • Guide Adafruit Pour Une Soudure Excellente
  • Comment fonctionnent les servos?

Ajouter une télécommande infrarouge

Les télécommandes infrarouges (IR) sont d'une simplicité trompeuse (et peuvent constituer un ajout pratique à presque tous les projets Arduino). Tout ce dont vous avez besoin est un capteur et une télécommande. La télécommande enverra des codes à votre Arduino, que vous pourrez ensuite utiliser pour déclencher des commandes. Dans ce cas, vous pouvez programmer votre robot pour qu'il commence à bouger, pour arrêter de bouger ou pour aller à une certaine position préprogrammée. Il existe déjà de très bons codes que vous pouvez utiliser dans vos projets. Pour le plaisir, vous pouvez même lire les codes de la télécommande de votre téléviseur si vous voulez, par exemple, donner vie à votre robot chaque fois que quelqu'un change de chaîne. Voici quelques ressources dont vous aurez besoin pour commencer:

  • Comment utiliser les télécommandes IR avec Arduino
  • Tutoriel sur la télécommande infrarouge Arduino
  • Bibliothèque shirriff / Arduino-IRremote

Utilisez un Nunchuk Wii pour contrôler votre machine à mort

Bon, tu veux devenir vraiment fou? Regardez la vidéo ci-dessus montrant un bras de robot - le même modèle que vous avez construit! - contrôlé par une Wii Nunchuk. Il utilise cet adaptateur épanoui (auquel vous pouvez brancher un nunchuk directement) et offre un contrôle total du joystick, ce qui signifie que vous pouvez le faire bouger dans la direction de votre choix, comme une marionnette futuriste. Si vous avez atteint le point où vous êtes prêt à entreprendre ce projet avec ce guide, vous êtes probablement de retour pour la dixième fois, alors soyez les bienvenus. C'est l'add-on le plus avancé que nous avons inclus dans cet article, alors ne vous inquiétez pas si c'est un peu sur votre tête. C'est cependant vraiment cool. Voici quelques ressources pour en savoir plus:

  • Manette de contrôle de Phenoptix meArm avec cinématique inverse
  • Adaptateur Wii Nunchuk Breakout
  • Bibliothèque de contrôle de cinématique inverse pour Phenoptix meArm

Comme vous pouvez le constater, le projet de bras de robot couvre une tonne de concepts et de compétences sur la scène du piratage Arduino. Si vous pouvez réussir ce projet sans être submergé ni abandonné, vous pourrez probablement vous attaquer à la plupart des projets Arduino que nous présentons régulièrement. Commencer peut sembler intimidant, mais si vous ajoutez à vos connaissances et à votre expérience pièce par pièce, vous pouvez construire quelque chose d'assez impressionnant.

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