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Construye un brazo robot Kickass: el proyecto Arduino perfecto para principiantes

El Arduino es una forma barata y divertida de comenzar a construir su propia electrónica. También puede ser desalentador para comenzar. Aquí, le mostraremos cómo obtener una cartilla Arduino de principio a fin con un proyecto asesino: construir un brazo robot dulce.

En esta guía, le presentaremos a Arduino utilizando el proyecto de brazo robótico meArm como guía para una variedad de habilidades. El meArm es un kit de código abierto con todas las piezas que necesita para construir un pequeño brazo robótico con Arduino. Puedes pedir un set ya hecho en tiendas como Hackaday, o descargar los planos de Thingiverse y recortarlos tú mismo. Puede usar un cortador láser, una impresora 3D o incluso tallar las piezas de madera. Los kits son relativamente baratos (obtuve el mío por alrededor de $ 50), por lo que es bastante accesible.

¿Por qué un brazo robótico?

Aprender cualquier nueva habilidad siempre es un desafío. Arduino puede ser particularmente desalentador porque esencialmente está aprendiendo cómo construir dispositivos electrónicos completos desde cero. Requiere aprender varias habilidades nuevas a la vez: electricidad, paneles, codificación, sensores, servos, controles remotos, ensamblaje y más.

Cualquiera de estas habilidades puede ser difícil de aprender por sí solo. Si bien hay una gran cantidad de tutoriales en línea, es importante tener un único objetivo general en el que pueda trabajar. También sabemos que su cerebro aprende mejor cuando extiende su aprendizaje a lo largo del tiempo. Tener algo por lo que estés emocionado no podría doler.

Construir un brazo robot es un proyecto a largo plazo que puede cubrir todas estas necesidades a la vez. Personalmente, he estado intentando aprender proyectos Arduino de vez en cuando durante los últimos nueve meses más o menos, y en ese tiempo, el brazo robótico ha sido la mejor experiencia de aprendizaje que he tenido, particularmente porque:

  • Es exhaustivo: encontrar un primer proyecto es difícil. Encontrar uno que realmente te enseñe algo es aún más difícil. Puede construir un circuito LED con bastante facilidad, pero todo lo que tiene es un circuito LED. Aprender a construir un brazo robótico le enseñará cómo hacer un circuito integrado, cómo programar su Arduino y cómo trabajar con piezas móviles. Al final, tendrá una cosa real y física que hace lo que programa para hacer. No solo una luz de prueba de concepto que se enciende cuando presiona un botón.
  • Es expandible: si los 45 trajes diferentes de Iron Man nos enseñaron algo, es que siempre puedes mejorar un robot. Este kit de brazo robótico comienza con algunas habilidades básicas básicas, pero puede desarrollarlo con una amplia variedad de expansiones. Puede agregar controles remotos (como infrarrojos o Bluetooth) e incluso aprender a expandir las capacidades de su Arduino con escudos adicionales. Simplemente pregunte "¿Qué más puedo hacer que haga esto?" Y puede encontrar todo tipo de nuevas habilidades para aprender sin comenzar un nuevo proyecto desde cero.
  • Es genial: lo más probable es que, incluso si estás leyendo hasta aquí, es porque la idea de tener tu propio robot te emociona. Los robots son geniales. También pueden sentirse futuristas e inaccesibles. Si aprender es mejor cuando estás entusiasmado con lo que estás aprendiendo, entonces es difícil vencer a un brazo robot para entrar en el mundo Arduino.

Dicho todo esto, esto no significa necesariamente que este sea tu proyecto. ¡Puede ser! Pero si nunca ha tocado una placa de circuito, está bien tomarla con calma. No pienses en el brazo del robot como tu primer paso. Piense en ello como su examen final. Tan pronto como obtenga un buen kit de inicio de Arduino, debe probar un par de cosas básicas, como enchufar un LED en una placa de pruebas o controlarlo con un botón, solo para familiarizarse. Sin embargo, probablemente pueda omitir el proyecto Love-O-Meter.

Lo más importante, Google todo . Recuerde, este es un proyecto a largo plazo. No vamos a guiarlo en cada paso, pero le mostraremos los bloques de construcción que necesita para llegar allí. No espere comenzar sin experiencia el viernes y terminar con un robot inteligente controlado a distancia el domingo. Tendremos muchos enlaces a guías a lo largo de este artículo, y esperamos que salgas de aquí, sigas esas guías durante unas horas y vuelvas. Piense en esto menos como un manual paso a paso y más como un mapa. Si te pierdes un poco en el camino, no temas detenerte y pedir indicaciones.

Lo que necesitarás

Esta guía se dividirá en dos secciones principales. El primero será construir y operar el brazo básico del robot. El segundo le mostrará algunos proyectos opcionales que puede usar para ampliar sus capacidades. Para completar la primera sección, esto es lo que necesitará:

  • Un kit de inicio de Arduino: la mayoría de los kits de inicio de Arduino incluirán los componentes básicos que necesitará para este proyecto (así como muchos otros). Necesitará un Arduino (utilizaremos un Uno R3), varias longitudes de cable, un cable USB para conectar a su computadora, una placa de pruebas y un potenciómetro, que puede usarse como una perilla para controlar su robot más adelante en. Adafruit tiene una selección de algunos kits de inicio aquí para diferentes rangos de precios. Este kit en particular incluye todo lo mencionado anteriormente por $ 65. También puede necesitar un condensador de 470 uf más adelante, que puede recoger en RadioShack por muy poco.
  • Un kit meArm: por simplicidad, puede comprar un kit completo aquí. Esto incluye todo lo que necesita para construir el brazo en sí. Opcionalmente, puede descargar los planes aquí y hacerlos usted mismo. Los planos requieren tamaños muy precisos, así que solo use esta opción si tiene acceso a herramientas que pueden cortar (o imprimir en 3D) las piezas correctamente.
  • Un IDE de Arduino: un IDE (o entorno de desarrollo integrado) es el programa que usará para escribir y cargar software, llamado "bocetos", en su Arduino. Puede descargar el IDE oficial de Arduino aquí. En mi experiencia personal, descubrí que CodeBender cubierto anteriormente es una excelente alternativa basada en navegador que almacena sus bocetos en línea para un fácil acceso.

Estos lo ayudarán a comenzar y cubrirán los conceptos básicos. También es mucho comprar todo a la vez, así que no te sientas mal si no quieres ir más allá de esto. Con el tiempo, puede agregar más herramientas y equipos a su arsenal.

Qué implica este proyecto

Asumiremos que ha adquirido todo en la primera lista con viñetas en la sección anterior y que está listo para armar su robot. No detallaremos cada paso cuando otras guías más oficiales ya lo hacen, pero lo guiaremos a través de las diferentes fases del proyecto. Puede tomar esto a cualquier ritmo con el que se sienta cómodo, pero lo dividiremos en pedazos que puede abordar en varios fines de semana.

Fase uno: construcción

Qué implica: en esta etapa, vas a ensamblar el brazo de tu robot. Todavía no hará nada, pero se verá genial. La compañía detrás del kit tiene instrucciones detalladas aquí. Su kit debe venir con un conjunto de varias piezas de plástico, algunos tornillos y cuatro servos. Si nunca ha usado un servo antes, es un motor pequeño de baja potencia que impulsará el movimiento de su robot. Este kit usa uno en la base, dos a cada lado del brazo y uno en la pinza. Si alguna vez has construido un mueble de IKEA, esto no debería ser demasiado complicado. Simplemente siga las instrucciones con precisión . El robot es más delicado que su mesa de café, y apretar demasiado un tornillo aquí o usar la pieza incorrecta allí puede causarle dolores de cabeza. Afortunadamente, las instrucciones anteriores son muy detalladas y le advertirán repetidamente antes de que pueda hacer algo que lo arruine, por lo que está en buenas manos.

Lo que aprenderá: Personalmente, esta es mi parte favorita porque aprende algo que la mayoría de los tutoriales de proyectos descuidan:. Muchos proyectos muestran un concepto mientras está conectado a una placa de pruebas, pero nunca lo mueven a algo real. Aquí, aprenderá cómo adjuntar servos a piezas de trabajo en un proyecto terminado. También aprenderá el delicado arte de trabajar con pequeñas piezas móviles.

Tiempo requerido: La parte de construcción aquí se puede hacer en solo unas pocas horas. Sin embargo, le aconsejo que deje que su trabajo se hunda un poco. Si nunca antes ha trabajado con la robótica, este es un buen momento para examinar cómo se armó su bot, cómo se puede mover y comenzar a pensar cómo podría montar su Arduino más adelante. El siguiente paso puede comenzar a complicarse, así que no te apresures. Puede mover manualmente las partes del brazo de su robot suavemente para jugar con él. Sin embargo, no lo fuerces demasiado, ya que podrías dañar los servos.

Fase Dos: Breadboarding

Qué implica: el siguiente paso es conectar uno de sus servos a su Arduino. Logrará esto con el uso de una placa de pruebas. Una placa de pruebas es una herramienta simple que permite crear prototipos de circuitos electrónicos antes de ensamblarlos por completo, sin necesidad de soldar. Adafruit tiene un excelente tutorial aquí que lo guiará a través de los pasos para conectar su servo directamente al Arduino, además de agregar un potenciómetro en pasos posteriores, que puede usar como una perilla para controlar el movimiento manualmente.

Si ese párrafo fue un poco abrumador, entonces este es un buen momento para hacer una copia de seguridad y aprender cómo funciona el tablero. Sparkfun tiene una excelente guía aquí que explica cómo usar una placa de prueba y qué puede hacer con ella. Tutsplus tiene un excelente tutorial sobre cómo conectar un LED a una fuente de alimentación y agregar un botón. Tómese el tiempo para armar esto y comprender el circuito que acaba de armar. Una vez que tenga una idea de cómo fluye la electricidad a través de un circuito simple, debe estar listo para conectar uno de los servos de su robot. Por experiencia personal, esta parte puede parecer desalentadora. Sin embargo, ensamblar las piezas y seguir las instrucciones es fácil. Comprender cómo funciona todo es la parte difícil, pero solo lleva tiempo.

Lo que aprenderá: el tablero de pruebas es la base de la mayoría de los prototipos electrónicos de aficionados. Si siguió todas las guías anteriores, aprenderá cómo conectar LED, botones, resistencias, potenciómetros y servos a una fuente de alimentación o Arduino. Con solo esos componentes, ya puedes hacer muchas cosas divertidas. Una vez que tenga los conceptos básicos, es más fácil desarrollarlos aprendiendo sobre los diferentes tipos de componentes, cómo funcionan y cómo integrarlos en sus proyectos (más información sobre algunas formas de hacerlo en la sección de expansión a continuación).

Tiempo requerido: si ya está familiarizado con el protoboard, la conexión del servo debería llevar unos cinco minutos., si nunca antes ha tocado la electrónica, tómese uno o dos días para leer las guías anteriores, jugar con varios circuitos y tener una idea de cómo funcionan. Incluso recomendaría tomar una semana para procesar las lecciones que has aprendido. Los circuitos de placa de prueba son simples, pero puede ser un concepto difícil de entender. Y no es algo por lo que quieras apresurarte, especialmente dado lo complicado que puede ser la siguiente sección.

Fase Tres: Programación

Qué implica: una vez que tenga todo conectado, es hora de encenderlo. Para eso, necesitará tener su Arduino IDE configurado y conectado a su placa. Si desea utilizar CodeBender como lo hago yo, puede seguir la guía de Inicio aquí. Alternativamente, puede seguir la guía de Adafruit para el IDE oficial aquí.

Una vez que su entorno esté configurado, también comenzará a programarlo. La guía de Adafruit tiene un servo boceto simple que puede usar para hacer que su robot se mueva. Aconsejaría usar el servo base (el que está en la parte inferior) para esto, ya que es el único en su robot que tiene el movimiento completo de 180 grados. Podría dañar algunos de los otros servos forzándolos a superar sus límites físicos si intenta este boceto con los otros servos. Sin embargo, una vez que comprenda cómo funciona este boceto, puede intentar modificarlo para que funcione con los demás.

Lo que aprenderá: esta es la fase en la que todo se une. Aprenderá un poco sobre cómo funciona el servo movimiento y sobre cómo programar un Arduino. Si nunca antes ha incursionado en la programación, puede colocar el boceto de barrido en el IDE y funcionará, pero le aconsejo que consulte algunas de nuestras guías anteriores sobre cómo aprender a codificar. El lenguaje Arduino comparte mucha sintaxis con C / C ++ y Java, por lo que si tiene alguna experiencia con ellos, debe sentirse cómodo. También puede consultar la biblioteca de referencia de Arduino aquí.

Tiempo requerido: incluso si tiene algo de experiencia en programación, le aconsejaría que tome otro fin de semana para aprender cómo configurar el IDE de Arduino. Aprender a codificar es una habilidad para toda la vida, así que no tengas miedo de trabajar en esta fase durante unas semanas. Puede construir sobre esto con el esbozo de perilla provisto por Adafruit, que le permitirá controlar manualmente su robot. No tengas miedo de equivocarte. También puede experimentar con algunas estructuras lógicas básicas en esta fase.

¡Felicidades! Acabas de hacer un robot

Si lograste todo eso, entonces aprendiste un montón de habilidades en un solo proyecto largo. Cuando armé este robot por primera vez, descubrí que era sorprendentemente simple, a pesar de ser una introducción a muchos temas complejos. Sin embargo, una vez que llegue al final, la mayoría de los proyectos electrónicos, como el que presentamos regularmente, ya no dan tanto miedo.

A partir de aquí, puede comenzar a ampliar lo que tiene. Si siente que apenas ha superado esto, intente adiciones simples como agregar un LED para indicar cuándo está girando el motor, o un botón para encender y apagar el movimiento. Juegue un poco con el software y vea cómo responde. Si arruinas algún software y vuelcas un servo, puedes pedir reemplazos súper baratos en línea.

Desarrolle su conocimiento con estos proyectos de expansión

Has construido un robot. ¿Ahora que? Bueno, suponiendo que no se haya vuelto inteligente y haya intentado matar a la humanidad, hay una serie de proyectos que puede llevar a cabo y que pueden basarse en su proyecto existente, pieza por pieza. No repasaremos todos los detalles, pero le daremos algunos enlaces para comenzar:

Controla múltiples servos a la vez

Para mi construcción, ordené este microcontrolador que puede controlar hasta dieciséis servos por sí mismo (que, para aquellos que cuentan en casa, agregaría hasta cuatro robots meArm ... dulce). El kit no está preensamblado, lo que significa que requerirá un poco de trabajo de soldadura. Puede obtener otros controladores como este que están premontados, pero muchos cuestan más y hacen menos. Personalmente, creo que un controlador de $ 15 es una forma decente de practicar soldar sin arriesgar demasiado si lo arruinas, pero si no quieres aprovechar esa oportunidad, practica soldando un par de cables juntos primero. Aquí hay algunas guías que pueden guiarlo a través del proceso:

  • Servodriver Adafruit de 16 canales con Arduino
  • Guía de Adafruit para una excelente soldadura
  • ¿Cómo funcionan los servos?

Agregar un control remoto por infrarrojos

Los controles remotos de infrarrojos (IR) son engañosamente simples (y pueden ser una adición útil para casi cualquier proyecto de Arduino). Todo lo que necesitas es un sensor y un control remoto. El control remoto enviará códigos a su Arduino, que luego puede usar para activar comandos. En este caso, puede programar su robot para comenzar a moverse, dejar de moverse o ir a una determinada posición preprogramada. Ya hay un montón de código bastante bueno que puedes usar en tus proyectos. Para divertirse, incluso puede leer los códigos en el control remoto de su televisor, si quiere, por ejemplo, hacer que su robot cobre vida cada vez que alguien cambie el canal. Aquí hay algunos recursos que necesitará para comenzar:

  • Cómo usar controles remotos IR con Arduino
  • Tutorial de control remoto por infrarrojos Arduino
  • shirriff / biblioteca Arduino-IRremote

Usa un Wii Nunchuk para controlar tu máquina de la muerte

Muy bien, ¿quieres volverte realmente loco? Mira el video de arriba que muestra el brazo del robot, ¡el mismo modelo que construiste!, Controlado por un Wii Nunchuk. Utiliza este adaptador de arranque (en el que puede enchufar un nunchuk directamente) y proporciona un control completo del joystick, lo que significa que puede hacer que se mueva en la dirección que desee, como una marioneta futurista. Si ha llegado al punto en que está listo para emprender este proyecto utilizando esta guía, probablemente haya regresado por docena vez, así que bienvenido de nuevo. Este es el complemento más avanzado que hemos incluido en este artículo, así que no te sientas mal si está un poco fuera de tu alcance. Sin embargo, es realmente genial. Aquí hay algunos recursos para leer más:

  • Control con joystick de Phenoptix meArm con cinemática inversa
  • Adaptador de Wii Nunchuk Breakout
  • Biblioteca de control de cinemática inversa para Phenoptix meArm

Como puede ver, el proyecto de brazo robot cubre una tonelada de conceptos y habilidades en la escena de piratería de Arduino. Si puede completar este proyecto sin abrumarse o darse por vencido, probablemente pueda abordar la mayoría de los proyectos de Arduino que presentamos regularmente. Comenzar puede parecer intimidante, pero si aumenta su conocimiento y experiencia pieza por pieza, puede construir algo bastante impresionante.

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