Ρομπότ ελεγχόμενης χειρονομίας χρησιμοποιώντας Arduino: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Τα ρομπότ χρησιμοποιούνται σε πολλούς τομείς όπως η κατασκευή, ο στρατός, η κατασκευή, η συναρμολόγηση κ.λπ. Τα ρομπότ μπορούν να είναι αυτόνομα ή ημιαυτόνομα. Τα αυτόνομα ρομπότ δεν απαιτούν καμία ανθρώπινη παρέμβαση και μπορούν να ενεργήσουν μόνα τους ανάλογα με την κατάσταση. Τα ημιαυτόνομα ρομπότ λειτουργούν σύμφωνα με τις οδηγίες του ανθρώπου. Αυτά τα ημιαυτόνομα μπορούν να ελεγχθούν μέσω τηλεχειριστηρίου, τηλεφώνου, χειρονομιών κ.λπ. Κατασκευάσαμε προηγουμένως λίγα ρομπότ βασισμένα στο IoT, τα οποία μπορούν να ελεγχθούν από τον διακομιστή ιστού.

Στο σημερινό άρθρο, πρόκειται να κατασκευάσουμε ένα ρομπότ ελεγχόμενο με χειρονομίες χρησιμοποιώντας το Arduino, το επιταχυνσιόμετρο MPU6050, το ζεύγος πομποδεκτών nRF24L01 και τη μονάδα οδηγού κινητήρα L293D. Θα σχεδιάσουμε αυτό το ρομπότ σε δύο μέρη. Ο ένας είναι ο πομπός και ο άλλος ο δέκτης. Το τμήμα πομπού αποτελείται από ένα Arduino Uno, επιταχυνσιόμετρο MPU6050 και γυροσκόπιο, και nRF24L01 ενώ το τμήμα δέκτη αποτελείται από ένα Arduino Uno, nRF24L01, δύο κινητήρες DC και ένα πρόγραμμα οδήγησης κινητήρα L293D. Ο πομπός θα λειτουργεί ως τηλεχειριστήριο για να ελέγχει το Ρομπότ όπου το ρομπότ θα κινείται σύμφωνα με τις χειρονομίες.

Βήμα 1: Απαιτούνται εξαρτήματα

• Arduino Uno (2)
• NRF24L01 (2)
• Κινητήρας MPU6050DC (2)
• Μονάδα οδήγησης μοτέρ L293D
• Ροπαλοφόρος

Επιταχυνσιόμετρο και γυροσκόπιο MPU6050 Η μονάδα αισθητήρα MPU6050 είναι ένα πλήρες μικροηλεκτρομηχανικό σύστημα 6 αξόνων (επιταχυνσιόμετρο 3 αξόνων και γυροσκόπιο 3 αξόνων). Η μονάδα αισθητήρα MPU6050 διαθέτει επίσης έναν αισθητήρα θερμοκρασίας στο τσιπ. Διαθέτει δίαυλο I2C και διεπαφή βοηθητικού διαύλου I2C για επικοινωνία με μικροελεγκτές και άλλες συσκευές αισθητήρων όπως μαγνητόμετρο 3 αξόνων, αισθητήρα πίεσης κλπ. Η μονάδα αισθητήρα MPU6050 χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της επιτάχυνσης, της ταχύτητας, του προσανατολισμού, της μετατόπισης και κάποια άλλη κίνηση -σχετικές παράμετροι. Αυτή η μονάδα αισθητήρα διαθέτει επίσης ενσωματωμένο ψηφιακό επεξεργαστή κίνησης που μπορεί να εκτελέσει πολύπλοκους υπολογισμούς.

Μονάδα πομποδέκτη NRF24L01

Ο nRF24L01 είναι ένας πομποδέκτης ενός τσιπ για την παγκόσμια ζώνη ISM 2,4 - 2,5 GHz. Ο πομποδέκτης αποτελείται από έναν πλήρως ενσωματωμένο συνθετήρα συχνότητας, έναν ενισχυτή ισχύος, έναν ταλαντωτή κρυστάλλων, έναν αποδιαμορφωτή, έναν διαμορφωτή και μια βελτιωμένη μηχανή πρωτοκόλλου ShockBurs. Η ισχύς εξόδου, τα κανάλια συχνότητας και η ρύθμιση πρωτοκόλλου είναι εύκολα προγραμματιζόμενα μέσω μιας διεπαφής SPI. Το εύρος τάσης λειτουργίας αυτής της μονάδας πομποδέκτη είναι 1,9V έως 3,6V. Διαθέτει ενσωματωμένες λειτουργίες Power Down και Standby που το καθιστούν εξοικονόμηση ενέργειας και εύκολα πραγματοποιήσιμη.

Βήμα 2: Εργασία ρομπότ ελεγχόμενης χειρονομίας με χρήση Arduino

Για να κατανοήσουμε τη λειτουργία αυτού του αυτοκινήτου ελέγχου χειρονομίας Arduino, ας χωρίσουμε αυτό το έργο σε δύο μέρη. Το πρώτο μέρος είναι το τμήμα πομπού (απομακρυσμένο) στο οποίο ο αισθητήρας επιταχυνσιόμετρου MPU6050 στέλνει συνεχώς σήματα στον δέκτη (Robot) μέσω του πομπού Arduino και nRF.

Το δεύτερο μέρος είναι το τμήμα Δέκτης (Robot car) στο οποίο ο δέκτης nRF λαμβάνει τα μεταδιδόμενα δεδομένα και τα στέλνει στο Arduino, το οποίο τα επεξεργάζεται περαιτέρω και μετακινεί το ρομπότ ανάλογα.

Ο αισθητήρας επιταχυνσιόμετρου MPU6050 διαβάζει τις συντεταγμένες X Y Z και στέλνει τις συντεταγμένες στο Arduino. Για αυτό το έργο, χρειαζόμαστε μόνο τις συντεταγμένες Χ και Υ. Στη συνέχεια, το Arduino ελέγχει τις τιμές των συντεταγμένων και στέλνει τα δεδομένα στον πομπό nRF. Τα δεδομένα που μεταδίδονται λαμβάνονται από τον δέκτη nRF. Ο δέκτης στέλνει τα δεδομένα στο Arduino της πλευράς του δέκτη. Το Arduino διαβιβάζει τα δεδομένα στο IC Driver Motor και ο οδηγός κινητήρα στρέφει τους κινητήρες στην απαιτούμενη κατεύθυνση.

Βήμα 3: Διάγραμμα κυκλώματος

Αυτό το ρομπότ ελεγχόμενης χειρονομίας που χρησιμοποιεί υλικό Arduino χωρίζεται σε δύο ενότητες

1. Πομπός
2. Δέκτης

Βήμα 4: Κύκλωμα πομπού για αυτοκίνητο ελεγχόμενης χειρονομίας Arduino

Το τμήμα πομπών αυτού του έργου αποτελείται από επιταχυνσιόμετρο MPU6050 και γυροσκόπιο, nRF24L01Transceiver και Arduino Uno. Το Arduino λαμβάνει συνεχώς δεδομένα από το MPU6050 και στέλνει αυτά τα δεδομένα στον πομπό nRF. Ο πομπός RF μεταδίδει τα δεδομένα στο περιβάλλον.

Βήμα 5: Κύκλωμα δέκτη για Arduino Gesture Controlled Car

Το τμήμα δέκτη αυτού του ρομπότ ελεγχόμενης χειρονομίας αποτελείται από Arduino Uno, πομποδέκτη nRF24L01, 2 κινητήρες DC και μια μονάδα προγράμματος οδήγησης Motor. Ο δέκτης NRF24L01 λαμβάνει τα δεδομένα από τον πομπό και τα στέλνει στο Arduino. Στη συνέχεια, σύμφωνα με τα ληφθέντα σήματα, το Arduino μετακινεί τους κινητήρες DC.

Βήμα 6: Επεξήγηση προγράμματος

Για το ρομπότ ελεγχόμενης χειρονομίας που χρησιμοποιεί το Arduino, ο πλήρης κωδικός είναι διαθέσιμος εδώ. Παρακάτω εξηγούμε το πρόγραμμα γραμμή προς γραμμή.

Πλευρικό πρόγραμμα πομπού

Σε αυτό το πρόγραμμα, το Arduino διαβάζει τα δεδομένα από το MPU6050 και τα στέλνει στον πομπό nRF 24L01.

1. Ξεκινήστε το πρόγραμμα προσθέτοντας τα απαιτούμενα αρχεία βιβλιοθήκης. Μπορείτε να κατεβάσετε τα αρχεία της βιβλιοθήκης από τους συγκεκριμένους συνδέσμους.

SPI.h

nRF24L01.h

Wire.h

MPU6050.h

2. Στη συνέχεια, καθορίστε τις μεταβλητές για δεδομένα γυροσκοπίου MPU6050 και επιταχυνσιόμετρο. Εδώ θα χρησιμοποιούνται μόνο δεδομένα επιταχυνσιόμετρου.

3. Καθορίστε τις διευθύνσεις του σωλήνα ραδιοφώνου για τις ακίδες CN και CSN των πομπών επικοινωνίας και nRF.

4. Μέσα στη λειτουργία void setup (), ξεκινήστε τη σειριακή οθόνη. Και επίσης αρχικοποιήστε την τηλεφωνική και ραδιοεπικοινωνία. Το radio.setDataRate χρησιμοποιείται για τον καθορισμό του ρυθμού μετάδοσης δεδομένων.

5. Διαβάστε τα δεδομένα αισθητήρα MPU6050. Εδώ χρησιμοποιούμε μόνο δεδομένα επιταχυνσιόμετρου κατεύθυνσης Χ και Υ.

6. Τέλος, μεταδώστε τα δεδομένα του αισθητήρα χρησιμοποιώντας τη λειτουργία radio.write.

Πρόγραμμα παραλήπτη

1. Ως συνήθως, ξεκινήστε το πρόγραμμα συμπεριλαμβάνοντας τα απαιτούμενα αρχεία βιβλιοθήκης.

2. Καθορίστε τις διευθύνσεις του σωλήνα ραδιοφώνου για τις ακίδες CN και CSN των πομπών επικοινωνίας και nRF.

3. Ορίστε την αριστερή και τη δεξιά ακίδα κινητήρα DC.

4. Τώρα ελέγξτε εάν το ραδιόφωνο είναι διαθέσιμο ή όχι. Αν είναι, τότε διαβάστε τα δεδομένα.

5. Τώρα συγκρίνετε τα ληφθέντα δεδομένα και οδηγήστε τους κινητήρες σύμφωνα με τις συνθήκες.

Βήμα 7: Δοκιμή ρομπότ ελεγχόμενης χειρονομίας με χρήση Arduino

Μόλις το υλικό είναι έτοιμο, συνδέστε τον πομπό και τον δέκτη Arduinos στον φορητό υπολογιστή σας και ανεβάστε τον κωδικό. Στη συνέχεια, μετακινήστε το επιταχυνσιόμετρο MPU6050 για τον έλεγχο του ρομπότ αυτοκινήτου.

Η πλήρης λειτουργία του ρομπότ με χειρονομία μπορεί να βρεθεί στο βίντεο.