Kurs robotyki z Arduino

Lekcja 1 • Konfiguracja środowiska programistycznego

Instaluje i konfiguruje Arduino IDE do przesyłania kodu i monitorowania szeregowego. Łączy przepływ pracy od edytora kodu do fizycznej płytki.

Lekcja 2 • Podstawowe pojęcia z zakresu elektroniki

Omawia napięcie, prąd, rezystancję i prawo Ohma w zastosowaniu do obwodów Arduino. Ustala słownictwo elektryczne używane w całym kursie.

Lekcja 3 • Przegląd sprzętu Arduino

Identyfikuje piny, porty i szyny zasilania płytki Uno. Uczniowie przypisują każdy fizyczny komponent do jego funkcjonalnej roli w systemie robota.

Lekcja 1 • Struktura szkicu i typy danych

Wyjaśnia funkcje setup(), loop() i deklaracje zmiennych w Arduino C++. Kotwiczy wszystkie kolejne prace programistyczne w poprawnej architekturze szkicu.

Lekcja 2 • Funkcje i kod modułowy

Uczy deklaracji funkcji, parametrów i wartości zwracanych w celu organizacji kodu. Zmniejsza powtarzalność i przygotowuje uczniów do wieloplikowych programów dla robotów.

Lekcja 3 • Sterowanie przepływem i logika

Omawia instrukcje if/else, for, while i switch do podejmowania decyzji. Umożliwia warunkowe reakcje sprzętowe w oparciu o wartości z czujników lub timerów.

Lekcja 4 • Czas i przerwania

Używa millis(), micros() i przerwań sprzętowych do nieblokującej kontroli czasu. Umożliwia precyzyjne sterowanie zdarzeniami w programach robotów.

Lekcja 1 • Techniki filtrowania sygnałów

Stosuje filtry średniej ruchomej, dolnoprzepustowe i medianowe do zaszumionych strumieni danych z czujników. Zwiększa niezawodność wszystkich zachowań robota sterowanych przez czujniki.

Lekcja 2 • Bezwładnościowe jednostki pomiarowe

Odczytuje dane z akcelerometru i żyroskopu przez I2C z modułu MPU-6050. Ustanawia wykrywanie orientacji potrzebne do balansowania i kontroli kursu.

Lekcja 3 • Protokoły komunikacji szeregowej i I2C

Konfiguruje magistrale UART Serial i I2C do podłączania czujników i urządzeń peryferyjnych. Przygotowuje uczniów do wieloukładowych architektur robotów w późniejszych rozdziałach.

Lekcja 4 • Czujniki podczerwieni linii i zbliżeniowe

Odczytuje analogowe i cyfrowe czujniki IR do podążania za linią i wykrywania krawędzi. Wprowadza kalibrację progu dla zmiennej odblaskowości powierzchni.

Lekcja 1 • Sterowanie serwomechanizmem

Używa biblioteki Servo do pozycjonowania serwomechanizmów standardowych i o ciągłym obrocie. Dodaje do robota uchwyty czujników z funkcją pochylania i obracania oraz siłownik chwytaka.

Lekcja 2 • Podstawy silników DC

Wyjaśnia back-EMF, prąd blokowania i parametry znamionowe silnika istotne dla układów napędowych robotów. Zapobiega uszkodzeniom komponentów i wpływa na wybór sterownika.

Lekcja 3 • Sterowniki silników w mostku H

Okablowuje i programuje mostek H L298N lub L293D do dwukierunkowego sterowania silnikiem DC. Umożliwia sterowanie do przodu, do tyłu i prędkością za pomocą sygnałów PWM.

Lekcja 4 • Podstawy silników krokowych

Napędza silnik krokowy za pomocą sterownika ULN2003 lub A4988 do precyzyjnego pozycjonowania kątowego. Wprowadza tryby kroków i profile przyspieszenia.

Lekcja 1 • Testowanie integracji systemu

Przeprowadza kontrole podsystemów i testy ogólne przed kodem autonomicznym. Ustanawia powtarzalny przepływ pracy debugowania dla usterek sprzętowych.

Lekcja 2 • Projektowanie systemu zasilania

Wybiera baterie, regulatory napięcia i bezpieczniki do bezpiecznego zasilania robota. Rozdziela zasilanie obwodów logicznych i silnikowych, aby zapobiec resetom mikrokontrolera.

Lekcja 3 • Wiązka przewodów i zarządzanie kablami

Prowadzi i zabezpiecza okablowanie, aby zapobiec zwarciom, naprężeniom i zakłóceniom. Tworzy łatwy w utrzymaniu robot, który wytrzymuje wielokrotne cykle testowania.

Lekcja 4 • Montaż czujników i pole widzenia

Umieszcza czujniki ultradźwiękowe, IR i IMU w celu optymalnego pokrycia detekcji. Dostosowuje fizyczne rozmieszczenie do założeń programowych w późniejszych rozdziałach.

Lekcja 1 • Odometria oparta na enkoderach

Wykorzystuje impulsy enkodera koła do oszacowania pozycji i kierunku na płaskiej powierzchni. Umożliwia nawigację na podstawie liczenia kroków między punktami trasy.

Lekcja 2 • Regulacja PID dla ruchu robota

Implementuje pełny regulator PID do regulacji kierunku i prędkości. Podnosi podążanie za linią i unikanie przeszkód do płynnej, stabilnej wydajności.

Lekcja 3 • Strategie unikania przeszkód

Implementuje podążanie za ścianą i reaktywne unikanie z wykorzystaniem danych z czujnika ultradźwiękowego. Stosuje umiejętności sterowania silnikiem i odczytu czujników w jednym, spójnym zachowaniu.

Lekcja 4 • Sterowanie podążaniem za linią

Programuje sterowanie proporcjonalne w oparciu o tablicę czujników IR do płynnego śledzenia linii. Wprowadza koncepcje sterowania ze sprzężeniem zwrotnym zastosowane na fizycznym robocie.

Lekcja 1 • Rejestracja i wizualizacja danych telemetrycznych

Przesyła strumieniowo dane z czujników i stanu do komputera nadrzędnego w celu tworzenia wykresów w czasie rzeczywistym. Wspomaga zdalne strojenie i debugowanie algorytmów autonomicznych.

Lekcja 2 • Sterowanie przez Wi-Fi z ESP8266

Łączy moduł ESP8266 z siecią lokalną i udostępnia stronę internetową do sterowania. Wprowadza koncepcje TCP/IP w kontekście zdalnego sterowania robotem.

Lekcja 3 • Integracja sterowania pilotem IR

Dekoduje sygnały IR w protokole NEC w celu mapowania przycisków pilota na polecenia robota. Zapewnia prosty interfejs bezprzewodowy przed wprowadzeniem modułów RF.

Lekcja 1 • Optymalizacja pamięci i wydajności

Zmniejsza użycie SRAM i flash poprzez dobór typów danych i restrukturyzację kodu. Zapobiega awariom związanym z pamięcią w złożonych programach robotów.

Lekcja 2 • Budowa i iteracja projektu końcowego

Składa, programuje i iteracyjnie testuje robota końcowego według określonych kryteriów. Stosuje pełny cykl projektowania inżynieryjnego w jednym projekcie.

Lekcja 3 • Dokumentacja kodu i przekazanie

Pisze komentarze w kodzie, pliki README i schematy okablowania do przekazania projektu. Tworzy profesjonalne standardy dokumentacji oczekiwane w środowiskach zespołowych.

Lekcja 4 • Planowanie projektu i wymagania

Definiuje zakres projektu, kryteria sukcesu i harmonogram budowy z wykorzystaniem praktyk dokumentacji inżynieryjnej. Przekłada koncepcję robota na wykonalne zadania.