MINT-Robotikprojekte bieten Schülerteams die Möglichkeit, die vielen Aspekte der Entwicklung drahtloser Produkte kennenzulernen, von der Programmierung über die Prototypenerstellung bis hin zu den Grundlagen der RF- und Mobilfunk -Konnektivität, die die drahtlose Kommunikation im Internet der Dinge unterstützen. In diesem Blog-Beitrag geben wir einen Überblick über den Earth Rover von Digi, eine Design- und Bauinitiative, die vom Digi-Ingenieurteam als Beispiel für ein großartiges Projekt für Robotik-Projekte von Schülern entwickelt wurde.
Der Earth Rover ist ein Roboter für den MINT-Unterricht, der die Leistungsfähigkeit von Mobilfunk IoT für ferngesteuerte Geräte demonstriert. Er wird wie ein Mars Rover ferngesteuert, funktioniert aber hier auf der Erde. Der Earth Rover kommuniziert über SMS-Textnachrichten, die es jedem leicht machen, mit ihm zu interagieren. Es sind keine Anwendungen oder Anmeldungen erforderlich.
Earth Rover verfügt über die
Digi XBee 3 Cellular LTE-M/NB-IoT globalen Modul, um zu kommunizieren, und nutzt das eingebaute GNSS/GPS dieses Moduls, um seinen Standort zu bestimmen. Der Rover akzeptiert Textnachrichtenbefehle von mehreren gleichzeitigen Benutzern, die ihn in verschiedene Richtungen fahren lassen, Daten von Umgebungssensoren melden, Töne abspielen und eine Karte mit seiner Position senden können. Das Digi XBee 3 Mobilfunk Modul kann sich über 4G LTE-M Mobilfunk Netzwerke mit Robotern überall auf der Welt verbinden.
Die Earth Rover - derzeit gibt es vier baugleiche Geräte - wurden erstmals auf der Consumer Electronics Show (CES) in Las Vegas im Januar 2022 vorgestellt.
Ihr Zweck ist es, den Kernwert des Moduls Digi XBee 3 Global IoT zu demonstrieren, einschließlich der vollständigen Fernverwaltung von Anlagen, komplexer Operationen innerhalb eines schmalen Energie- und Bandbreitenbudgets, des Betriebs an schwer zugänglichen Orten und des Werts der eingebauten Standortbestimmung (GNSS).
Unsere Earth Rover-Demo auf der Messe ermöglicht es den Besuchern, den Roboter über ihr Smartphone zu steuern. Einfache Textbefehle bewegen den Roboter, und Sensoren am Roboter liefern Daten für die Fernüberwachung. Das Modul Digi XBee liefert Standortinformationen über GPS-Satelliten, und die Sensoren senden Temperatur und andere Umgebungsbedingungen in Echtzeit zurück.
Wie Earth Rover MINT-Robotik-Teams inspirieren kann
Der Earth Rover ist ein großartiges Beispiel für ein MINT-Robotikprojekt, da es Universitäts- und Oberstufenschülern die Möglichkeit bietet, etwas über Fernerkundung zu lernen und ihre Fähigkeiten auf Mobilfunk IoT auszubauen, so dass sie in der Lage sind, die nächsten Generationen von vernetzten Geräten zu entwickeln.
Als Beispiel für einen Lehrplan könnten Schüler-Robotik-Teams beauftragt werden, einen ähnlichen Roboter zu bauen und an einem Wettbewerb teilzunehmen, bei dem das Ziel darin besteht, dass jeder Earth Rover unabhängig voneinander die längste Zeit überlebt und/oder die längste Strecke ohne jegliche Interaktion zurücklegt.
Sobald ein Earth Rover an einem Ort "gelandet" ist, würde er unabhängig mit nur begrenzter Fernkommunikation arbeiten. Die Schülerinnen und Schüler können aus ihren eigenen Erfolgen und Misserfolgen lernen und sich die Fähigkeiten aneignen, die sie für die Entwicklung der nächsten Generation von vernetzten Geräten benötigen.
Interplanetarische Rover sind ein hervorragendes Modell für entlegene Mobilfunk IoT Geräte. Beide müssen mit begrenzter Energie viel leisten und haben mit einer begrenzten Kommunikationsbandbreite und möglicherweise unterbrochenen Verbindungen zu kämpfen. Bei beiden geht es um Fernerkundung in ziemlich schwierigen Umgebungen, und beide müssen vollständig über Funkbefehle gesteuert werden.
Digi XBee Mobilfunk Modul ist das Herzstück dieses Systems. Es spricht TCP/IP, UDP, SMS und Bluetooth BLE. Es bietet GNSS/GPS-Ortungsdienste und Edge-Programmierbarkeit in MicroPython.
Außerdem gibt es ein komplettes Fernverwaltungs- und Überwachungssystem,
Digi Remote Manager® für die Konfiguration, die Überprüfung des Gerätezustands und Over-the-Air-Updates von Firmware und Software - eine wichtige Cloud-basierte Plattform für jedes Unternehmen, das drahtlose Robotik oder andere vernetzte Produkte in großem Umfang entwickelt und einsetzt.
STEM-Robotik mit Weltraumforschung in Verbindung bringen
Sobald eine drahtlose Maschine auf dem Mars ist, ist die elektronische Leine alles, was wir haben. Wenn ein Marsrover stecken bleibt, ein Softwareproblem hat, einen Sensor verliert oder neue Anweisungen braucht, ist die Antwort immer ein Funkbefehl. Niemand wird mit einem Schraubenschlüssel oder einer Ölkanne kommen. Kein Bauteil wird jemals ersetzt und nichts wird jemals gereinigt werden.
Das gilt im Grunde auch für Mobilfunk IoT Geräte. Viele sind an schwer zugänglichen Orten installiert, z. B. in einem Privathaushalt, zu dem der Verkäufer keinen Zugang hat. In anderen Fällen ist der Zugang technisch möglich, aber aufgrund der Größe oder Verteilung des Gerätenetzes wirtschaftlich unpraktisch. Die Kosten für den Besuch von 100.000 Standorten und das Drücken von 100.000 Reset-Knöpfen, ganz zu schweigen von dem damit verbundenen Zeitaufwand, bedeuten, dass diese Geräte
könnte genauso gut auf dem Mars sein. Wie auf dem Roten Planeten ist also der Funkverkehr unsere einzige Verbindung. Die elektronische Leine IoT ist alles, was wir haben.
Betrieb des Earth Rovers
Hier ist ein kurzer Überblick über die Digi Earth Rover Demo. Zu Beginn scannen die Benutzer einen QR-Code auf der Rover-Flagge und erstellen eine Textnachricht, die an die Telefonnummer des Moduls Digi XBee Mobilfunk gerichtet ist. Wenn dieser erste Befehl gesendet wird, fährt der Roboter einige Sekunden lang vorwärts. Der Roboter antwortet dann mit einer Bestätigung und einer Hilfemeldung, die weitere nützliche Betriebsbefehle enthält.
Wenn Sie "links" oder "rechts" senden, wird eine 90-Grad-Drehung ausgelöst. Wenn du "zurück" sendest, fährt er zurück und piept dabei wie ein Lastwagen. Sie können ihm auch den Befehl "piepen" oder "boopen" schicken, wodurch der Roboter verschiedene Melodien spielt. Durch Hinzufügen einer Zahl nach dem Befehl lässt sich die Ausführungszeit anpassen. So legt der Rover mit "back 10" zehn Sekunden lang den Rückwärtsgang ein.
Der Earth Rover verfügt über verschiedene Umweltsensoren, die seine Temperatur, die Luftfeuchtigkeit, die Kohlendioxidkonzentration und den aktuellen Kompasskurs melden. Der Befehl "sensors" liefert einen Bericht, der wie folgt aussieht:
Der Kompass kann verwendet werden, um sich in eine bestimmte Richtung zu drehen. Der Befehl "Drehen nach Osten" bewirkt, dass sich der Roboter dreht, bis er in diese Himmelsrichtung zeigt, was die absolute Navigation erleichtert.
Der Earth Rover nutzt Digi XBee 3 Mobilfunk das integrierte GNSS/GPS, um seinen Standort zu bestimmen. Der Befehl "map", der an den Rover gesendet wird, liefert einen speziellen Link, der eine interaktive Karte anzeigt, die dem Benutzer genau zeigt, wo auf der Welt er sich befindet.
Standortdienste sind eine besonders wichtige Komponente von Mobilfunk IoT , da viele der Geräte, die sie nutzen, per Definition mobil sind und ihren aktuellen Standort in Echtzeit anzeigen müssen.
Selbstfahrende Rasenmäher können verfolgen, wo sie gearbeitet haben, und Transportanhänger können geortet werden, unabhängig davon, ob sie auf der Straße sind oder auf einem Speditionsgelände auf ihre Abholung warten.
Sogar stationäre Gerätenetzwerke können davon profitieren, indem die Standorte der physischen Knoten automatisch bei der Installation genau erfasst werden und zusätzliche Warnungen gesendet werden, wenn sie jemals verlegt werden.
Die Earth Rover von Digi können aus der Ferne konfiguriert werden. Es gibt einen speziellen Befehl zum Abrufen der Diagnose, einschließlich eindeutiger ID, Signalstärke, freiem Speicher, Spannung und anderen Statuseinstellungen.
Andere Verwaltungsbefehle können diese Zustände aktualisieren, andere Einstellungen anpassen und den Roboter neu starten oder abschalten. Alles geschieht über die Luft, genau wie es auf dem Mars der Fall sein müsste.
Für Schülerinnen und Schüler, die sich mit drahtlosem Design befassen, bietet der Bau von Robotern, die von jedem Ort der Welt aus konfiguriert und gesteuert werden können - selbst wenn sich der Roboter irgendwo außerhalb der Stratosphäre befindet - eine großartige Lernmöglichkeit, die ihnen große Fähigkeiten für die Zukunft vermitteln kann.
Viele Studententeams haben Digi RF und Mobilfunk Kommunikationsmodule sowie Digi Embedded System-on-Module verwendet, um große und kleine Projekte zu entwickeln und zu bauen! Sie können einige unserer studentischen Fallstudien in den unten stehenden verwandten Inhalten sehen.
Beschaffung von Komponenten für MINT-Roboter
Während die
Digi XBee 3 Cellular LTE-M/NB-IoT ein Digi-Produkt ist, "braucht es ein Dorf", wie man sagt. Im Fall des Earth Rover haben die Partner von Digi dazu beigetragen, ihn zu ermöglichen:
Wenn Sie mehr über das Digi XBee Ecosystem erfahren möchten, besuchen Sie
digi.com/xbee, oder
Kontakt Digi um einen Besuch in der Zentrale in Minneapolis zu vereinbaren, wo Sie die Roboter persönlich kennen lernen können.
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