Spis treści:
Robotyka to bardzo szeroka dziedzina. Wiedza i umiejętności, które będą przydatne robotykowi, mogą przynależeć do bardzo różnych obszarów. Należy do nich przede wszystkim elektronika. By zbudować samodzielnie robota, potrzebne są też umiejętności programistyczne oraz wiedza dotycząca zjawisk z dziedziny fizyki, elektryki czy mechaniki. Jaką literaturę warto poznać, gdy chcemy realizować zainteresowanie robotyką i elektroniką?
Co robotyk powinien wiedzieć na początku? Robotyka dla początkujących
Tak, jak zostało opisane we wstępie – robotyka jest składową bardzo wielu dziedzin wiedzy i każdy kolejny projekt może zahaczać o inne obszary. Mimo tego stosunkowo łatwo określić, od czego powinien zacząć początkujący robotyk. Bardzo ważną podstawą jest elektronika: nawet z pomocą analogowych elementów można zbudować urządzenie pełniące rolę robota. Oczywiście w dzisiejszych czasach przodują przede wszystkim roboty, które korzystają z technologii cyfrowej. To z kolei rodzi kolejne pytania. Elektronika cyfrowa to połączenie programowania oraz wiedzy z dziedziny elektroniki, tym razem cyfrowej. Konieczna jest umiejętność podłączenia oraz zaprogramowania mikroprocesora tak, aby działał według określonych zasad i sterował zamontowanymi podzespołami.
Tutorial – elektronika dla każdego
W tym celu konieczne jest wcześniejsze zapoznanie się z “myśleniem programistycznym” oraz z konkretnym językiem, który jest obsługiwany przez daną platformę. Z takimi podstawami oraz z niewielką żyłką majsterkowicza można próbować zbudować swojego pierwszego robota bez pomocy z zewnątrz. Osoba, która miała już jakikolwiek kontakt z elektroniką i komputerami (jak zdecydowana większość dzisiejszej młodzieży), może próbować wykonywać swoje pierwsze urządzenie według jednego z tutoriali w internecie. Takie podejście pomoże w szybkim tempie zająć się praktyką, jednak w ostatecznym rozrachunku tego rodzaju nauka może potrwać dłużej oraz spowodować więcej błędów. Dlatego warto zaplanować swoją edukację w miarę uporządkowany sposób. Korzystając z książek lub kursów internetowych (albo z jednego i drugiego) i wykonując odpowiednie doświadczenia, będziesz w stanie wyjaśnić każde ze zjawisk, którego doświadczysz podczas pracy nad swoimi projektami.
Kursy z internetu – czy warto?
Internetowe kursy w dzisiejszych czasach są bardzo popularne. Warto jednak zwrócić uwagę na fakt, że w internecie znajduje się dosłownie wszystko, zarówno wartościowe informacje, jak i niestety nieprawdziwe, zamieszczane przez niekompetentne osoby. Przed skorzystaniem z wybranych materiałów, warto przeanalizować, czy pochodzą one z wiarygodnego źródła. Znakomitym przykładem portalu z rzetelną wiedzą i pomocami naukowymi jest strona Forbot.
Portal Forbot – co oferuje?
Forbot oferuje znakomity start do robotyki i elektroniki. Zawartość strony to nie tylko dobry początek dla osób, które dopiero zaczynają przygodę z robotyką; bardzo często korzystają z niej także studenci uczelni technicznych, doświadczeni już pasjonaci lub nawet zawodowcy pragnący na przykład poznać sprzęt, z którego jeszcze nie korzystali. Mimo wszystko, kursy na stronie kierowane są przede wszystkim do początkujących elektroników i robotyków. Wszystkie kursy i materiały są całkowicie darmowe i ogólnodostępne – to jeden z powodów, który sprawił, że ten portal stał się taki popularny.
Nie miałoby to jednak znaczenia, gdy same materiały okazały się niesprawdzonymi informacjami; to informacje rzetelne i fachowe, a przede wszystkim podane w bardzo przystępnej i zrozumiałej formie. Każdy z kursów opiera się na praktycznych przykładach, dzięki czemu uczniowi jest znacznie łatwiej zrozumieć i zapamiętać na dłużej nauczone lekcje. Osoba niemająca wcześniej żadnego kontaktu z elektroniką, bez problemu poradzi sobie z każdym z zagadnień. Oprócz kursów dla całkowicie początkujących znajdują się tam także materiały dla średniozaawansowanych oraz dla zaawansowanych elektroników i robotyków. Forbot już pewien czas temu podjął współpracę ze sklepem internetowym Botland, dzięki czemu można u nas znaleźć specjalnie przygotowane zestawy do konkretnych kursów. Zawierają one wszystkie niezbędne elementy, które są potrzebne do wykonania samodzielnie każdego zadania.
Kurs podstaw elektroniki
Kurs podstaw elektroniki obejmuje przede wszystkim najprostsze zagadnienia, które pomogą zrozumieć zasady działania tej dziedziny nauki. Dział kursu elektroniki został podzielony na wiele mniejszych kursów, które dotyczą konkretnych zagadnień. Dowiesz się po kolei, czym jest napięcie, prąd, opór i zasilanie, poznasz takie narzędzia jak multimetr i jak go używać oraz czym są rezystory. Poznasz jedne z najważniejszych praw tej dziedziny, czyli prawa Ohma i Kirchhoffa, nauczysz się, do czego służą kondensatory (oraz że z ich pomocą będziesz mógł filtrować sygnały), cewki, dławiki, diody krzemowe oraz świecące (LED). Zrozumiesz podstawy działania wszelkiej elektroniki cyfrowej, dowiadując się o tranzystorach, poznasz stabilizatory napięcia, elementy stykowe i przekaźniki. Wszystko to będzie wyłożone w taki sposób, żebyś mógł samodzielnie spróbować i przekonać się, jak działa.
Kurs ten posiada swoją drugą część, która przeznaczona jest już dla średniozaawansowanych użytkowników. Uczeń dowie się o komparatorach, działaniu przycisków, diodach LED RGB, kontaktronach, pozna układ Darlingtona, poszerzy wiedzę o tranzystorach unipolarnych, jak sterować sygnałem PWM, dowie się o scalonych odbiornikach podczerwieni, czujnikach przeszkód, sterownikach do serw, przetwornicach impulsowych, o czujnikach analogowych oraz nauczy się takich pojęć jak źródło napięcia odniesienia. Osoba, która opanowała takie podstawy, często będzie lepiej przygotowana niż niejeden student na zajęciach z uczelni.
Książka FORBOT – kurs podstaw elektroniki, poziom I jest wydaniem papierowym internetowego kursu elektroniki od FORBOT, dzięki któremu tysiące osób przekonało się już, że elektronika może być wciągającym hobby. To książka dla początkującego elektryka. Czytając kolejne rozdziały kursu można poznać świat rezystorów, tranzystorów oraz diod. Liczne ćwiczenia praktyczne pozwalają na naukę podstaw elektroniki w praktyce i samodzielną budowę urządzeń elektronicznych. Kolejne rozdziały przypominają elementarz elektronika – w przystępny sposób opisują napięcie, prąd, opór, zasilanie, pomiary, prawa fizyki w praktyce, kondensatory, cewki, dławiki, diody, tranzystory, stabilizatory, elementy stykowe i przekaźniki. Wszystko, co powinien wiedzieć startujący elektronik. Treść pozycji pokrywa się z formą i merytoryką wersji internetowej.
Kursy Raspberry Pi i Arduino
Forbot zapewnia także znakomite podstawy do rozpoczęcia współpracy z takimi platformami jak Arduino oraz Raspberry Pi. Dzięki nim dowiesz się, czym dokładnie są przedstawiane minikomputery oraz czym się od siebie różnią. Wykonując po kolei wszystkie zadania, poznasz podstawy programowania na najprostszych programach działających na wybranych mikrokontrolerach. Poznasz dedykowane środowisko Arduino, nauczysz się obsługiwać porty wejścia/wyjścia (I/O), nauczysz się, w jaki sposób takie urządzenia mogą komunikować się z komputerem (na przykład UART) i będziesz potrafił stosować czujniki odległości oraz wyświetlacz tekstowy. Będziesz mógł zrozumieć zasadę działania przetwornika ADC, nauczyć się obsługiwać tak zwane PWMy, sterować serwomechanizmami i silnikami DC, a w programowaniu korzystać z bibliotek, tworzyć pętle, funkcje, zmienne, liczby losowe, warunki.
Informacje nabędziesz w praktyce wykonując zadania z podstawowych kursów dla Arduino. Raspberry Pi to natomiast z definicji sprzęt o znacznie większych możliwościach obliczeniowych. W kursie do niego dowiesz się dokładniej, czym jest i do czego służą jego poszczególne elementy, jak poprawnie zainstalować system operacyjny na płytce oraz, jak się z nią komunikować przewodowo i zdalnie, a także nauczysz się pracy w konsoli i podstaw na Linuksie. Będziesz korzystać z edytorów tekstu, kamery, nauczysz się transmisji obrazu pomiędzy urządzeniami, zrozumiesz podstawy pracy na złączach GPIO, będziesz korzystał ze skryptów i PWM, a także poznasz podstawy języka lub skorzystasz z czujnika temperatury.
Pozostałe kursy
Wymienione kursy to jedynie część podstaw, jakich nauczysz się na Forbocie. Bardzo istotny jest także kurs techniki cyfrowej, na którym poznasz podstawowe zasady działania większości urządzeń cyfrowych, z jakich dzisiaj korzystamy (technika Boola, układy CMOS, bramki logiczne i wiele innych). Dla każdego elektronika oraz robotyka musi nadejść moment, kiedy samodzielnie będzie budował i lutował własne układy. Na Forbocie znajdziesz również kurs lutowania, gdzie dowiesz się dokładnie, jaki sprzęt jest niezbędny na początku, poznasz najczęstsze błędy, nauczysz się lutować złącza, korzystać z odsysaczy, plecionki i topnika oraz zlutujesz swoje pierwsze układy. Kurs budowy robotów pomoże poznać Ci możliwości podstawowych narzędzi często stosowanych w robotyce. Nauczysz się stosować czujniki i będziesz tworzył konstrukcje mechaniczne, a także zaprogramujesz i stworzysz swojego pierwszego robota, który będzie podążał za światłem lub unikał przeszkód. To tylko krótki wycinek wiedzy, którą nabędziesz.
Oprócz samych kursów na Forbocie znajdziesz także ciekawego bloga, praktyczne poradniki, leksykon robotyki oraz forum, na którym możesz spotkać i zapytać o wszystko innych pasjonatów robotyki. Wszystkie materiały są na bieżąco aktualizowane przez twórców, którzy w razie potrzeby odpowiedzą na Twoje pytania. To miejsce nie jest zatem tylko zbiorem dobrej literatury i kursów, ale spełnia również rolę, która zrzesza społeczność użytkowników o podobnych zainteresowaniach. Podsumowując: Forbot to przykład wartościowego i wiarygodnego źródła z Internetu.
Książki o elektronice. Rozwiń swoje zainteresowania – elektronika, robotyka, programowanie
Wśród literatury do nauki dla elektroników można polecić wiele interesujących pozycji. Najlepiej szukać ich w sklepach specjalizujących się w tej dziedzinie. Opisane wcześniej kursy z portalu Forbot znalazły dla siebie miejsce również dosłownie w literaturze specjalistycznej. Zostały przelane na papier i widnieją oficjalnie w sprzedaży tak jak kurs pod tytułem FORBOT – kurs podstaw elektroniki, poziom I. Wiele osób posiada przyzwyczajenia, w związku z którymi łatwiej jest im czytać i uczyć się z materiałów wydrukowanych na fizycznym papierze (dotyczy to przede wszystkim ludzi starszych). Warto poszukać dla siebie pozycji takiej, która będzie mogła pomóc Ci nauczyć się umiejętności, których potrzebujesz, ale jej startowy poziom wiedzy i doświadczenia nie będzie odbiegał od tego, na którym Ty obecnie się znajdujesz.
Elektronika dla bystrzaków
Elektronika dla bystrzaków autorstwa Cathleen Shamieh to znakomita pozycja dla osób, które nie miały na razie styczności z elektroniką lub dla takich, które chcą sobie utrwalić podstawy. Wewnątrz znajdziesz szczegółowo wytłumaczone działanie podstawowych elementów elektronicznych; rezystorów, kondensatorów i półprzewodników. Nauczysz się też, jak zmieniać prąd w układzie, korzystając z takich elementów. To podstawowa wiedza, na której opiera się praktycznie każdy projekt elektroniczny. Te również często wymagają wykonania dokumentacji lub skorzystania z załączonego tak zwanego datasheet, gdzie zamieszczone są szczegółowe schematy układów elektrycznych. W tej książce z łatwością dowiesz się, jak je odczytywać.
Teoria poparta jest przykładami, które często zilustrowane są intuicyjnymi grafikami. Żeby utrwalić wiedzę i w pełni zrozumieć zarówno fizyczne zasady elektroniki, jak i umowne nazewnictwo, będziesz mógł wykonywać ciekawe projekty, które zrobienie zajmuje około pół godziny. Każdy projekt i badania wymagają umiejętności zrealizowania poprawnie pewnych pomiarów, na podstawie których można wyciągać wnioski o danym układzie. Skutkiem niepoprawnie wykonywanych pomiarów mogą być nie tylko błędne wartości fizyczne w stosunku do realnych, ale także na przykład uszkodzenie sprzętu pomiarowego. W książce znajdziesz szczegółowe wyjaśnienie, w jaki sposób należy mierzyć takie wartości jak natężenie, opór i napięcie prądu. Przykładowe projekty, które możesz wykonać, korzystając z tej pozycji to alarmy, małe klawiatury czy migające lampki LEDowe, które będziesz mógł zamontować na swoim rowerze.
Programowanie
Umiejętność programowania jest kluczem do ożywienia każdego inteligentnego robota. Stworzenie najprostszego działającego urządzenia, które opiera swoje działanie na mikroprocesorze (na przykład robota mobilnego na kółkach), wiąże się zawsze z uruchomieniem na nim odpowiedniego programu. W poszczególnych środowiskach używa się różnych języków programowania, dlatego przed rozpoczęciem prac, warto zweryfikować, jaki dokładnie sprzęt ma zostać użyty w roli elementu logicznego. Dobrze jest na początku skupić się na jednym rodzaju (na przykład Arduino lub Raspberry Pi) oraz korzystać z jednego języka (tak, aby dobrze go poznać). Warto to zrobić, ponieważ podczas nauki poznasz sposób myślenia programistycznego, który będzie Ci później znacznie łatwiej przenieść na inne języki programowania podczas ich poznawania.
Osoby, które chciałyby możliwie szybko zacząć naukę docelowego materiału i jak najszybciej zająć się budową robotów, powinny skorzystać z jednego z wymienionych wyżej minikomputerów. Pierwsze Raspberry Pi powstało właśnie z myślą, aby wspierać osoby podejmujące się nauki podstaw programowania. Obie płytki znakomicie sprawdzają się jako narzędzie do nauki dla robotyka również z tego względu, że działający program może dawać wynik nie tylko na ekranie monitora, ale również poskutkuje on realną pracą zaprojektowanego urządzenia. Doskonała do takich celów jest książka pod tytułem 20 prostych projektów Raspberry Pi (R. Santos, S. Santos). Pozycja przedstawia ciekawe projekty do wykonania, z wykorzystaniem platformy komputerowej Raspberry Pi. Książka skierowana jest przede wszystkim do początkujących elektroników, ale osoby o wyższym stopniu zaawansowania również skorzystają na lekturze. Na początku znajduje się elementarz, w którym zawarte są wszelkie konieczne informacje do rozpoczęcia pracy z płytką oraz przede wszystkim podstawy języka Python, na którym opierają się projekty. Pozostałych 6 części książki to szczegółowo rozpisanych wiele projektów przypadającym po kilka na każdą z nich – Diody LED, Wyświetlacze, Czujniki, Kamery, Aplikacje WWW i Gry i zabawki.
Kolejną propozycją wartą polecenia jest Raspberry Pi Zero W. Kontrolery, czujniki, sterowniki i gadżety, autor – A. Peck. To pozycja dla osób chcących uczyć się na najuboższej funkcyjnie wersji Raspberry Pi. Do nauki programowania dla robotyków przydatną pozycją będzie Android Studio. Podstawy, autor B. C. Zapata; w wielu projektach wykorzystuje się smartfony, na przykład jako urządzenie do sterowania pojazdem mobilnym lub wydające polecenia. Warto, abyś się rozejrzał także za pozycjami, w których nauczysz się dobrze jednego z języków – C, C# lub C++. Mimo tego, że powstały dawno, nadal często się je stosuje w wielu dziedzinach – w tym w robotyce. Książka Język C dla mikrokontrolerów AVR. Od podstaw do zaawansowanych aplikacji autorstwa Tomasza Francuza pomoże nauczyć się języka od razu pod kątem wykorzystania do programowania mikrokontrolerów. Oprócz tego pozycje takie jak C++. Przewodnik dla początkujących, autor Alex Allain, czy Czysty kod. Podręcznik dobrego programisty, autor Robert C. Martin.
Robotyka
Robotyka to w rzeczywistości interdyscyplinarne połączenie wielu dziedzin, z czego głównymi są elektronika, mechanika oraz informatyka. Książki przeznaczone dla robotyków często polegają na łączeniu wiedzy z różnych nauk. Dobrym przykładem pozycji, która może pomóc zagłębić się w tematykę robotyki, lepiej obyć się z elektroniką i zaprogramować swoje pierwsze urządzenia, jest Budowa prostych robotów. Niezwykłe projekty ze zwykłych materiałów Kathy Ceceri czy Nauka robotyki z językiem Python Lentina Josepha.
