LED nakit i montaža robota uz projekt Erasmus+

igor_pangrcic

Igor Pangrčič

U okviru projekta Erasmus+ izradili smo LED nakit (narukvice, ogrlice, prstenje, LED kutije za nakit itd.) te izradili i programirali Xiaomi Bunny Mitu Smart Modular Robot i vozila iz kompleta LEGO Mindstorms EV3. Xiaomi Mi Bunny Robot interaktivni je komplet za izgradnju robota koji djeci i tinejdžerima omogućuje stvaranje i programiranje vlastitih robota. Učenici su dosad izradili LED nakit i našeg novog učenika – robota STEMka. Gotovo 10 sati su tri učenika sastavljala STEMka, robota od 976 dijelova. Robotom se upravlja putem aplikacije s tri načina daljinskog uslika1pravljanja: Joystick, Gyro i GPS način, koji olakšavaju zabavno korištenje. Robot vozi na dva kotača i, uz pomoć gyro senzora, balansira sam. Grafičko sučelje za programiranje omogućuje jednostavno istraživanje i učenje uz obilje zabave. Robot je izrađen od ekološki prihvatljivih materijala koji su sigurni za dječju uporabu.

Slika 1. Robot STEMko

Na plesnom natjecanju FLOSS DANCE, najbolji je plesač bio nagrađen LED krunom izrađenom u okviru projekta Erasmus+. Na kruni umjesto dijamanata sjaje tri LED diode koje pokreće 3 V baterija.

slika2image
Slika 2. Učenik izrađuje krunu              Slika 3. Kruna

Drugi je robot iznio lanac na pozornicu.

slika4image
Slika 4. Vozilo s prikolicom                  Slika 5. LED lanac

Ogrlica se sastojala od drvenih dijelova, a LED u smaragdu povezan je s baterijom od 3,5 V. Ogrlica je prikladna kao modni dodatak i može se nositi na božićnoj ili novogodišnjoj slika6večeri. Ogrlica ima jedan nedostatak – ne smijemo ići s njom pod tuš. Narukvica je sljedeći proizvod koji su prezentirale djevojke. Na plastičnom nosaču je pričvršćena LED traka i 12 V mini-baterija s prekidačem. Narukvica se može koristiti u različitim prilikama, ali nije prikladna za pranje posuđa.

Slika 6. LED narukvica

Zanimljiv LED proizvod je i kutija za LED nakit s prekidačem koji, kada se otvori, uključuje LED koji svijetli u nekoliko boja. Diskretno lagano svjetlo pomaže nam ujutro kada smo pospani i oči se teško otvaraju, kako bismo odabrali prsten ili naušnice koje će nas krasiti cijeli dan. Svjetlo se gasi kada je kutija zatvorena, čime se osigurava manja potrošnja baterije.

slika7slika8
Slika 7. LED kutija                             Slika 8. Pet LED kutija

Na kraju prezentacije naših aktivnosti u okviru Erasmus + projekta, pozvali smo i ostale učenike naše škole kako bi se mogli i oni uključiti i tako pomoći s idejama i u stvaranju novih proizvoda. Bez obzira na to, bili su uključeni učenici 6. i 7. razreda kojima su pomagala iskustva učenika 9. razreda te je tako bilo lakše prenositi znanja mlađim učenicima.

slika9slika10slika11
              Slika 9. LED lanac              Slika 10. LED spirala            Slika 11. Ručno LED svjetlo

Svjetleća dioda (en. LED – Light Emiting Diode, često se naziva i LE dioda) posebna je vrsta poluvodičke diode koja emitira svjetlost kada je propusno polarizirana, tj. kada njome teče električna struja. Prilikom direktne rekombinacije para elektron-šupljina, emitira se foton svjetla. Takvu osobinu imaju poluvodiči galijev-arsenid (GaAs), galijev fosfid (GaP) i silicijev karbid (SiC). Ta se pojava naziva elektroluminiscencijom. Boja emitiranog svjetla ovisi o poluvodiču kao i o primjesama u njemu te varira od infracrvenog preko vidljivog do ultraljubičastog dijela spektra.
LED diode visokog intenziteta nalaze se u svjetlima, reflektorima, u automobilskim prednjim svjetiljkama…

slika12slika13
Slika 12. Svjetla                         Slika 13. Reflektori 

RBG dioda emitira tri primarne boje: crvenu, plavu i zelenu. Bijela svijetlost formira se kombinacijom tih triju boja. Ove diode zahtijevaju elektronički sklop koji kontrolira emisiju raznih boja diode kako bi se ostvarila bijela boja. Iako se rijetko koriste za dobivanje bijele boje zbog varijacija u uzorcima zračenja diode, koriste se zbog fleksibilnosti u dobivanju širokog spektra boja. Postoje tri vrste RGslika14B dioda: dikromatska, trikromatska i tetrakromatska bijela dioda. Osnovne razlike pojedine podvrste su stabilnost boje, sposobnost reprodukcije boja te efikasnost isijavanja.

Slika 14. Diode

Zaključak

Učenici su sretni što se nalaze u interesnoj grupi Erasmus+ STEM i uvijek doprinose novim idejama u izradi novih oblika LED nakita te u programiranju i sastavljanju novih oblika robota. Neki učenici već imaju iskustva u spajanju LED dioda i spajanju LED traka. U interesnoj grupi gledamo na starije učenike koji uče mlađe. Učenici 6. i 7. razreda još nemaju toliko fizičkog znanja koje im je potrebno da bi objasnili neke osnovne fizičke stvari u vezivanju.

LITERATURA

  1. Vzporedne, zaporedne, kombinirane in kompleksne vezave led diod in njihova zanesljivost
  2. https://learn.sparkfun.com/tutorials/light-emitting-diodes-leds/all
  3. http://www.fosilum.si/si/zakaj-led-svetila/led-dioda/

Izrada robota 3D printerom

marko_laznik

Marko Laznik

»Mladima treba dati mogućnost, da svoje znanje ispunjavaju pomoću projekata koje sami zamisle« – tako je i pri projektu InMoov. Tri učenika školskog centra Ravne, srednja škola Ravne, smjer tehnike i računarstva, izrazili su želju da bi izgradili robota koji bi pomoću kamera prepoznao okolicu i kretao se prostorom. Na internetu smo pronašli zanimljiv projekt s open source kôdom, imena InMoov, čiji je autor Gaël Langevin.

Posebnost robota je ta da je strukturno u cijelosti izrađen iz plastike, a pojedinačni su dijelovi izrađeni 3D printerom. Najveći dio ne prelazi 12x12x12 cm.

Osim što u školi potičemo mlade na logično razmišljanje, potičemo ih i na istraživanje u području računarstva, elektrotehnike, strojarstva i mehatronike, pa je vodstvo škole odobrilo projekt. U projekt su se uključili učenici:

  • Tilen Mitnjek,
  • Anže Smrečnik,
  • Tim Mori.

Sve skupa započeli smo planiranjem: pažljivo smo zapisali sve sastavne dijelove u Excel tablicu koja je prikazana na slici 1. Nastavili smo pretraživanjem datoteka za printanje te ih posložili u cjeline – svaku u svoju mapu. Izračunali smo i okvirno vrijeme printanja te i to zapisali.

imageSlika 1. Tablica materijala

imagePojavio se i prvi problem – kako za nastavak projekta nismo imali 3D printer, trebali smo preko interneta naručiti sastavne dijelove i napraviti vlastiti mini 3D printer kojeg ćemo upotrebljavati u projektu. Najviše vremena potrošili smo za kalibraciju i postavke za ravnomjerno i pravilno printanje.

Slika 2. 3D printer

Za printanje dijelova naručili smo PLA plastiku, dimenzija 1,75 mm; pojedinačne dijelove printali smo uz 15 % ispune, a ostale dijelove koji moraju biti čvršći i tvrđi, s 70 % ispune. Printer vuče plastiku iz koluta. Ekstruder je uređaj na 3D printeru koji plastiku zagrije na 215 °C, gdje se plastika počinje topiti te ju nanosi sloj po sloj na zagrijanu površinu i tako gradi pojedinačne sastavne dijelove.

imageimage
Slika 3. Djelomično dovršen robot InMoov

Za printanje pojedinog dijela smo u prosjeku čekali 5 sati, za dijelove 19 x 19 cm čak i do 20 sati. Robot će ove godine biti dovršen do pojasa.

Kad su dijelovi isprintani, započinjemo sa sastavljanjem robota. Čak smo i pri sastavljanju te velike slagalice imali mnogo dodatnog posla jer je pojedinačne dijelove trebalo ispiliti i prilagoditi da pravilno naliježu jedan na drugoga. Preko interneta smo naručili 21 servo motor kako bi robot mogao pomicati svaki prst zasebno (i tako primao predmete), ramena, laktove, glavu, usta, bokove…

U sljedećoj ćemo fazi sastavljanja robotu dodati i preostalu elektroniku. Moramo kupiti razvojnu jedinicu Raspberry Pi, Arduino kontrolere, senzore za prepoznavanje boja, senzore za prepoznavanje udaljenosti, dvije kamere za oči, zvučnik za uho, tablet računalo za upravljanje s robotom i baterije za napajanje svih sistema. Naš cilj je da bi gotov robot mogao prepoznati okolinu, mogao primati predmete i pomicati ih po prostoru te da bi znao odgovarati na osnovna pitanja (koliko je sati, kako se zoveš…). Za to ćemo također izraditi aplikaciju s pomoću koje će se upravljati robotom, pomicati pojedine motore i time pomicati robota. S aplikacijom će se na robota moći prebacivati zvukove koje će robot potom reproducirati (glazba, govor). S aplikacijom želimo robota i programirati – poslati mu različite redoslijede naredbi. U budućnosti bi se robotom upravljalo preko interneta. Da bi robot mogao odgovarati na pitanja, moramo napraviti i podatkovnu zbirku s najčešćim odgovorima te razviti sustav koji će odgovore sastaviti u smislenu cjelinu te smisleno i točno odgovarati na pitanja.

Projekt je dobra prilika za stručno sudjelovanje učitelja na međupredmetnom sudjelovanju te osvježavanju dobrih odnosa među zaposlenima. U projekt ćemo uključiti učitelje elektrotehnike i programiranja kako bi nam pomogli u realizaciji izrade tiskanih pločica i pri programiranju robota te pripremi aplikacije za njega. Pripremljeni smo i za moguće sudjelovanje s drugim školama po Sloveniji ili iz drugih država. Bilo bi dobro ako bismo u projekt mogli uključiti i poduzeća koja bi nam u razvoju pomagala ekspertnim znanjem iz mehatronike ili programiranja, ili s kakvom donacijom za kupnju opreme.

S nacrtom smo se prijavili i na natjecanje Mladih istraživača Koroške, gdje smo dobili brončano priznanje, za što posebno čestitam učenicima. Napravili smo kratko predstavljanje koje možete pogledati na ovoj poveznici.

Po završenom ćemo projektu na YouTubeu objaviti video našeg robota i prikazati sve mogućnosti. Na kraju bismo se zahvalili svima koji su sudjelovali i svima koji su nam na bilo koji način pomogli. Samo sa zajedničkim projektima možemo graditi bolju budućnost.

 

imageSlika 4. učenici koji su sudjelovali: Tim, Anže i Tilen.

Upravljanje simuliranim robotom u Microsoft Robotics Developer Studiu

matija_blagus

Matija Blagus

U prošlom smo članku predstavili Microsoft Robotics Developer Studio te ukratko opisali njegove mogućnosti. Jedna od glavnih značajki ovog programa jest mogućnost simulacije robota. Ovo je posebno zgodno za sve škole koje možda dosad nisu imale stvarnog robota, a ipak imaju želju uvesti u svoje učionice nastavu robotike ili pak nastavu programiranja žele nadopuniti novim i zanimljivim sadržajima. U ovom ćemo članku reći nešto više o tome kako pomoću vizualnog programskog jezika (VPL) napraviti jednostavnu simulaciju te kako upravljati robotom unutar nje. Važno je spomenuti i povezivanje Microsoft Robotics Developer Studia s NVIDIA PhysX tehnologijom koja omogućuje vrlo složene fizikalne simulacije.

Kreiranje jednostavnog scenarija upravljanja virtualnim robotom

U ovim ćemo primjerima koristiti scenarije koji su dostupni kroz sustav pomoću samog programa, ali za bolje ćemo razumijevanje objasniti korak po korak kako napraviti program za upravljanje virtualnim robotom. Za početak rada potrebno je pokrenuti Visual Programming Language alat s kojim ćemo napraviti VPL program. To ćemo učiniti tako da odaberemo Start>Svi programi, a zatim iz popisa svih dostupnih aplikacija odaberemo mapu s imenom Microsoft Roslika1botics Developer Studio 2008 R3. Unutar otvorene mape potrebno je kliknuti na Visual Programming Language 2008 R3 kako bismo pokrenuli VPL alat. Nakon pokretanja prikazuje nam se ekran kao što je prikazano na slici 1.

Slika 1. Prikaz pokrenutog VPL alata

Za jednostavnu simulaciju vožnje bit će nam potrebne 3 usluge koje će upravljati simuliranim robotom te jedna funkcija koja će spojiti signale s ulaza.

slika2Pokazat ćemo kako možemo istovremeno koristiti neku vanjsku upravljačku ručicu (joystick) spojenu na računalo i onu virtualnu unutar Roboticsa za upravljanje robotom. Iz dostupnih usluga odaberemo Desktop Joystick i Game Controller, dok od funkcija odaberemo Merge. Odabrane usluge odvučemo na središnje područje unutar VPL-a (slika 2.).

Slika 2. Prikaz usluga u VPL dijagramu

Usluga Desktop Joystick služi nam za stvaranje virtualnog upravljača robotom. Ona će nam, prilikom pokretanja simulacije, prikazati poseban prozor sa sučeljem koje će nam omogućavati upravljanje robotom (autićem). Game Controller je usluga koja omogućuje upravljanje preko neke od vanjskih upravljačkih ručica povezanih na računalo. Ukoliko nemamo vanjsku upravljačku ručicu, to nije važno jer ukoliko tog signala nema, neće ga se uzimati u obzir. Funkcija Merge će zapravo spojiti ova dva ulazna signala (od vanjske i virtualne upravljačke ručice) u jedan koji će upravljati robotom. Sljedeći korak je povezivanje usluge s funkcijom Merge. Vidimo da izlaz ima dvije sastavnice izlaznog signala – onaj označen s trokutićem (Outgoing Response) i onaj označen s kružićem (Notification). Nama će koristiti izlaz označen s kružićem (Notification) jer nam on na izlazu daje informaciju o promjenama smjernica s obzirom na naše pokslika3rete u virtualnoj i vanjskoj upravljačkoj ručici. Izlaz označen s Outgoing Response nećemo koristiti u ovom primjeru jer nemamo nikakvih vrijednosti na ulazu u uslugu koje bismo trebali prosljeđivati sljedećoj usluzi. Spojimo izlaze Notification iz obje usluge u funkciju Merge koja će spojiti ta dva signala. Prilikom spajanja svake od usluga s funkcijom Merge, u okviru koji će nam se pojaviti potrebno je odabrati opciju UpdateAxes, kao što prikazuje slika 3.

Slika 3. Prikaz okvira za povezivanje usluga i funkcije Merge

Opcija UpdateAxes predstavlja pomak koji smo napravili pomoću upravljačke ručice te želimo da se taj signal pomaka prenese s vanjske i/ili virtualne upravljačke ručice i spoji u jedan jedinstveni upravljački signal koji će upravljati robotom. U ovom smo okviru zapravo odredili da želimo samo signal pomaka iz usluge proslijediti (opcija Forward na slici 3.) funkciji Merge. Na izlazu iz funkcije Merge imamo upravljački signal koji će kontrolirati putanju robota. Taj signal je potrebno proslijediti i u simulaciju.

Zadnja usluga koja će nam biti potrebna zove se Simulated Four by Four Drive Service. To je već pripremljena simulacijska okolina koja u sebi sadrži robot – autić kojim mi želimo upravljati. Uslugu pronađemo među pripadajućim uslugama te ju odvučemo u središnje područje (slika 4.).

slika4Slika 4. Prikaz svih potrebnih usluga za simulaciju unutar VPL-a

slika5Sada je potrebno odrediti početne uvjete simulacije, a to radimo na način da odaberemo uslugu Simulated Four By Four Drive Service te s desne strane u okviru Properties>Configuration odaberemo opciju Use a manifest, a pod opcijom Manifest odaberemo jedini dostupni iz padajuće liste. Ispravne postavke možete vidjeti na slici 5.

Slika 5. Prikaz postavki usluga za simulaciju

Nakon što smo podesili slika6postavke usluga, potrebno je izlaz funkcije Merge spojiti na ulaz simulacijske usluge. Prilikom spajanja ta dva elementa pojavljuje nam se dijalog u kojem odabiremo u okviru To: opciju Drive (slika 6.). Time smo postigli da izlazni signal iz funkcije Merge (koji je zapravo signal s upravljačke ručice) upravlja motorima autića u simulaciji.

Slika 6. Postavke veze između funkcije Merge i usluge za simulaciju

slika7Nakon što potvrdimo te postavke, pojavljuje se novi okvir u kojem određujemo vrijednosti koje ćemo koristiti za upravljanje. Uključimo opciju Edit values directly kako bismo mogli upisati vrijednost. Upisujemo vrijednosti prema slici 7.

Slika 7. Vrijednosti koje je potrebno postaviti za povezivanje sa simulacijskom uslugom

Nakon što smo upisali vrijednosti, potvrđujemo svoj odabir te smo time završili s izradom programa. Iz vrijednosti sa slike 7. možemo razlikovati vrijednosti X i Y, koji predstavljaju X i Y os na upravljačkoj ručici. Vrijednost Power označava kojom će se brzinom kretati automobil s obzirom na naš ulazni signal, dok vrijednost SteeringAngle označava maksimalni kut pod kojim se mogu okretati kotači. Ove su vrijednosti već prilagođene simulaciji, ali mi možemo koristiti i vlastite vrijednosti prema želji. Po završetku bismo trebali dobiti grafički prikaz kao što je prikazano na slici 8.

slika8Slika 8. Cjeloviti VPL grafički prikaz

Jedino što nam je još preostalo jest pokrenuti simulaciju. Pritiskom na gumb Start koji se nalazi na alatnoj traci ili pritiskom na tipku F5 na tipkovnici pokrećemo našu simulaciju. Ako ste dobro odradili sve prethodne korake, trebali biste vidjeti simulaciju kakva je prikazana na slici 9.

slika9Slika 9. Pokrenuta simulacija

Pomoću Desktop Joysticka možete upravljati autićem, dok pomicanje kamere možete vršiti sljedećim tipkama:

  • Tipka W – gore
  • Tipka S – dolje
  • Tipka A – lijevo
  • Tipka D – desno

Ovim smo primjerom pokazali na koji način možemo napraviti jednostavnu simulaciju unutar Microsoft Robotics Developer Studia, bez potrebe za nabavkom bilo kakve dodatne opreme. Možemo vidjeti da je izrada VPL programa jednostavna te ne zahtijeva veliku količinu vremena za svladavanje osnova programiranja u VPL jeziku. Ovo je samo jedna od dostupnih simulacijskih okolina te je uz postojeće moguće kreirati vlastite i uvesti ih u sam program, što nam otvara nove mogućnosti primjene ovog programa.