Εκπαιδευτική ρομποτική πλατφόρμα πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης

Παντελαίος, Μιλτιάδης

Educational robotic platform for use in primary and secondary education

Πτυχιακή εργασία

Author

Παντελαίος, Μιλτιάδης

Date

2019-06

Abstract

Η παρούσα πρόταση πτυχιακής εργασίας αφορά την σχεδίαση και κατασκευή μιας εκπαιδευτικής ρομποτικής πλατφόρμας για χρήση στην πρωτοβάθμια και δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Η ρομποτική πλατφόρμα σχεδιάστηκε με γνώμονα: • το οικονομικό κόστος παραγωγής, • την υψηλή, ανθεκτική και καλαίσθητη ποιότητα κατασκευής, • και να βασίζεται σ’ ανοικτά πρότυπα και τεχνολογίες. Η κατασκευή της πλατφόρμας απαρτίζεται από: • αισθητήρια φωτεινότητας (LDR), • αισθητήρια εγγύτητας (μέτρησης απόστασης) με χρήση υπερήχων (Sonar), • αισθητήρια αναγνώρισης γραμμής (Line Detector), • κύκλωμα για την επίτευξη ασύρματης επικοινωνίας Bluetooth, • και από τα απαραίτητα υποστηρικτικά ηλεκτρονικά κυκλώματα ισχύος, οδήγησης κινητήρων και τροφοδοσίας, με σκοπό την υλοποίηση εκπαιδευτικών εφαρμογών στον τομέα της ρομποτικής. Η ανάπτυξη της διάταξης περιλαμβάνει τόσο τον σχεδιασμό και κατασκευή του υλικού μέρους (hardware) όσο και την συγγραφή των απαραίτητων συνοδευτικών προγραμμάτων λογισμικού (software) για την ορθή λειτουργία της. Η μεθοδολογία κατασκευής της πλατφόρμας -κατά χρονική ακολουθία- περιγράφεται παρακάτω: 1. Αρχικά σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε η πλατφόρμα με την μέθοδο 3D Printing. 2. Στη συνέχεια σχεδιάστηκαν οι επιμέρους αρθρωτές μονάδες (shields), και κατασκευάστηκαν πρωτότυπα τυπωμένα κυκλώματα PCBs [1] για δοκιμαστικούς ελέγχους, 3. Επικολλήθηκαν τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα στα πρωτότυπα PCBs. 4. Οι αρθρωτές μονάδες τοποθετήθηκαν και διασυνδέθηκαν μεταξύ τους στην ρομποτική πλατφόρμα. 5. Τέλος, υλοποιήθηκε έλεγχος καλής λειτουργίας των επί μέρους υλικών/ τμημάτων μέσω του εγκατεστημένου προγράμματος Arduino IDE© ώστε να διαπιστωθεί η ορθή λειτουργία των επιμέρους αισθητηρίων, των συσκευών εξόδου (ενεργοποιητών) και ολόκληρης της ρομποτικής πλατφόρμας. Η πρώτη κατασκευαστική προσέγγιση της ρομποτικής πλατφόρμας περιελάβανε και την εξ’ ολοκλήρου σχεδίαση & κατασκευή του Arduino, δηλαδή του μικροελεγκτή ATMega 328 PU) [2] συνοδευόμενο από τα απαραίτητα υποστηρικτικά ηλεκτρονικά κυκλώματα για την εύρυθμη λειτουργία του, ωστόσο στη συνέχεια διαπιστώθηκε ότι αφενός αυξανόταν πολύ το κόστος της κατασκευής και αφετέρου ότι απουσίαζε η ολοκληρωμένη λειτουργικότητα μεταξύ των αρθρωτών μονάδων. Μελλοντικές βελτιώσεις που θα μπορούσαν να επιτευχθούν συμπεριλαμβάνουν: 1. την κατασκευή των αρθρωτών μονάδων σε τυπωμένα κυκλώματα διπλής όψης ώστε να εξασφαλίζεται ο μικρότερος όγκος των PCBs, 2. την προσθήκη ενός επιπλέον DC Servo Motor (180ο) ώστε το αισθητήριο απόστασης να έχει αποτελεσματικότερο έλεγχο χωρίς να απαιτείται ο συχνότερος έλεγχος εμποδίων κατά την διάρκεια της κίνησης.

Abstract

This diploma thesis proposal concerns the design and construction of an educational robotic platform for use in primary and secondary education. The platform was designed with the following: • economical production cost, • high, durable and stylish construction quality, • and be based on open standards and technologies Robotic platform’s construction consists of: • Luminance sensors (LDR), • Proximity sensors (Sonar), • Line Detectors, • Circuit to achieve Bluetooth wireless communication, • and the necessary supporting electronic power circuits, motor and power driving, for the purpose of implementing educational applications in the field of robotics. Robotic platform’s development involves both the design/construction of the hardware and the writing of the necessary accompanying software for its proper operation. The platform construction methodology - in time sequence - is described below: 1. Robotic platform was originally designed and built with the 3D Printing method. 2. Individual shields were designed, and prototypes PCBs printed [1] for testing, 3. Electronic components were embedded in the original PCBs, 4. Modular units were mounted and interconnected on the robotic platform. 5. Finally, a good control of the individual materials / parts was carried out through the installed Arduino IDE© program to verify the proper functioning of the individual sensors, the output devices (actuators) and the entire robotic platform. The first constructive approach of the robotic platform included the development of Arduino' itself, i.e. the ATMega 328 PU microcontroller [2] accompanied by the necessary supporting electronic circuits, but it was then found that it was going up a lot the cost of construction and, on the other hand, that there was no integrated functionality between modular units. Future improvements that could be achieved include: 1. manufacture of modular units in double sided PCBs to ensure its smallest volume, 2. adding an additional DC Servo Motor (180 °) so that the distance sensor has more effective control without requiring more frequent obstacle control during motion.

Number of pages

Faculty

Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών

Academic Department

Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού Τ.Ε.

Language

Greek

URI

http://okeanis.lib2.uniwa.gr/xmlui/handle/123456789/4945

Collections

Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού Τ.Ε.

Show full item record

Except where otherwise noted, this item's license is described as
Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα