Επέκταση των δυνατοτήτων του εκπαιδευτικού πακέτου «LEGO-MINDSTORMS», με την χρήση του μικροελεγκτή Arduino, για μηχατρονικές εφαρμογές.

Abstract

Ο σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η επέκταση των δυνατοτήτων του εκπαιδευτικού πακέτου «Lego Mindstorms» με την χρήση της υπολογιστικής πλατφόρμας «Arduino» και η δημιουργία εκπαιδευτικών εφαρμογών που θα αναδεικνύουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα στη χρήση τους σε ρομποτικές και γενικά μηχατρονικές εφαρμογές. Εμβαθύνοντας στη μελέτη του εκπαιδευτικού πακέτου «Lego Mindstorms» και της υπολογιστικής πλατφόρμας «Arduino», κατασκευάσαμε τρεις διαφορετικές εκπαιδευτικές διατάξεις, στις οποίες εξετάζεται ο έλεγχος μίας περιστροφικής άρθρωσης ενός βαθμού ελευθερίας με την βοήθεια μικροελεγκτή. Η διαφοροποίηση μεταξύ των διατάξεων έγινε για να χρησιμοποιηθούν τρείς διαφορετικοί ηλεκτρικοί επενεργητές (κινητήρες) για την κίνηση και τον έλεγχο της άρθρωσης, ώστε να αντιληφθεί ο χρήστης τις διαφορές στην λειτουργία, τον έλεγχο και τον προγραμματισμό μεταξύ α) του ηλεκτρικού κινητήρα «NXT» του εκπαιδευτικού πακέτου «Lego Mindstorms» β) του ηλεκτρικού κινητήρα τύπου «RC-Servo και γ) του ηλεκτρικού κινητήρα τύπου «Stepper». Η υπολογιστική πλατφόρμα «Arduino» αποτέλεσε τον βασικό μικροελεγκτή για τον έλεγχο των διατάξεων. Τέλος με τις τρείς αυτές διατάξεις θα μπορεί ο κάθε σπουδαστής να έρθει σε επαφή, να εκπαιδευτεί πάνω τους, και μελλοντικά ακόμα και να επεκτείνει τις δυνατότητες τους. Ποιο συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο 1 θα ασχοληθούμε με τα είδη των υπολογιστικών πλατφόρμων «Arduino» τις λειτουργίες τους, τις δυνατότητές τους και τον προγραμματισμό τους. Στο κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται το εκπαιδευτικό πακέτο «Lego Mindstorms» με όλα τα μέρη του και την λειτουργία τους. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται εκτενείς αναφορά στη πρώτη εκπαιδευτική διάταξη, που αποτελείται από μέρη του εκπαιδευτικού πακέτου «Lego Mindstorms» και της υπολογιστικής πλατφόρμας «Arduino», όπως επίσης και ο έλεγχος της μέσω του ελεκτή «PID». Τέλος στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται η εκπαιδευτική διάταξη με τη χρήση α) του ηλεκτρικού κινητήρα τύπου «RC-Servo και β) του ηλεκτρικού κινητήρα τύπου «Stepper», αναλύοντας την λειτουργία του κάθε επενεργητή (κινητήρα) ξεχωριστά και παραθέτοντας τα συμπεράσματα μας κλείνουμε το τελευτάιο κεφάλαιο της εργασίας.

The purpose of this thesis is to extend the capabilities of the educational package «Lego Mindstorms» using the computational platform «Arduino» for the development of educational applications that will highlight the advantages and disadvantages, of their use in robotics and mechatronic applications. Studying the educational package «Lego Mindstorms» and the computing platform «Arduino», we constructed three different educational provisions which consider the control of a rotary joint of one degree of freedom with the control of the microcontroller. The differentiation between the provisions was to use three different electric actuators (motors) to initiate and control the joint, so the user can perceive differences in operation, controlling and planning between a) the electric motor «NXT» of the training package «Lego Mindstorms» b ) of the electric motor type «RC-Servo and c ) the electric motor type « Stepper ».