Ρομπότ εικονικής παρουσίας: 15 βήματα

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

Αυτό το κινητό ρομπότ αλληλεπιδρά με το φυσικό του περιβάλλον, αντιπροσωπεύοντας την «εικονική παρουσία» του ατόμου που το ελέγχει από απόσταση. Μπορεί να έχει πρόσβαση ο καθένας, οπουδήποτε στον κόσμο, για να μοιράσει κεράσματα και να παίξει μαζί σας.

Η εργασία εδώ αναπτύχθηκε από δύο άτομα (ένα στη Γερμανία και ένα στις ΗΠΑ) ως μια προσπάθεια να προχωρήσουμε πέρα από τα παραδοσιακά μέσα επικοινωνίας που βασίζονται στο Διαδίκτυο, δημιουργώντας μια φυσική διεπαφή για απομακρυσμένη αλληλεπίδραση. Καθώς ο COVID-19 συνεχίζει να επηρεάζει τον κόσμο και όλοι είναι υπεύθυνοι για τον περιορισμό της φυσικής μας έκθεσης στους ανθρώπους, προσπαθούμε να επαναφέρουμε την απτή σύνδεση που αποτελεί μέρος της φυσικής αλληλεπίδρασης.

Βασίζεται στο ESP32-Camera-Robot-FPV-Teacher-Entry Instructable και τροποποιήθηκε ώστε να περιλαμβάνει αισθητήρα απόστασης, διανομέα επεξεργασίας και δυνατότητα "ελέγχου από οπουδήποτε στον κόσμο", υπό την προϋπόθεση ότι έχετε μια κάπως σταθερή σύνδεση στο διαδίκτυο.

Προμήθειες

Το έργο περιλαμβάνει 4 κύρια μέρη - Mobile Robot Car, Chip Dispenser, Joystick και Network Communication Setup.

Κινητό ρομπότ αυτοκίνητο

• Breadboard
• Κινητήρας 2 τροχών και κιτ ρομπότ σασί (περιλαμβάνει τροχούς, κινητήρες DC, σανίδα στήριξης και βίδες)
• Arduino Mega 2560 (εάν κατασκευάζετε χωρίς τον αισθητήρα απόστασης ή το διανομέα τσιπ, το Uno θα έχει αρκετές ακίδες)
• 3 μπαταρίες 9V
• LM2596 Power Supply Module DC/DC Buck 3A Regulator (ή παρόμοιο)
• Ενότητα ESP32-CAM Wifi
• Σειριακός μετατροπέας FT232RL FTDI USB σε TTL (για προγραμματισμό του ESP32-CAM)
• HC-SR04 Αισθητήρας υπερήχων απόστασης
• L298N Πρόγραμμα οδήγησης κινητήρα
• (3) LEDS (οποιοδήποτε χρώμα)
• (3) Αντίσταση 220 Ohm

Διανομέας τσιπ

• (2) SG90 Servos
• Χαρτόνι / Χαρτόνι

Χειριστήριο

• Arduino Uno
• Ενότητα Joystick
• Mini Breadboard, (1) LED, (1) Αντίσταση 220 Ohm (προαιρετικό)

Αλλα

Πολλά καλώδια από Jreader Breadboard Extra Cardboard / Paperboard Tape cαλίδια uαλίδι / Ταινία μέτρησης Μικρό κατσαβίδι PhilipsSmall Flathead Screwdriver

Υπομονή =)

Βήμα 1: Κινητό ρομποτικό αυτοκίνητο

Το σασί Robot Car χρησιμεύει ως φορητή πλατφόρμα, με ένα Arduino MEGA ως τον κύριο μικροελεγκτή που οδηγεί τους κινητήρες, διαβάζει τιμές αισθητήρων και ενεργοποιεί τα σερβομηχανήματα. Οι περισσότερες ενέργειες εκτελούνται με το Arduino MEGA να λαμβάνει εντολές μέσω σειριακής επικοινωνίας, που αποστέλλονται από το ESP32-CAM. Ενώ το ESP32 παρέχει ζωντανή ροή κάμερας για τον έλεγχο του ρομπότ, η άλλη λειτουργία του είναι να διαχειρίζεται μια ασύρματη σύνδεση μεταξύ του ρομπότ και του διακομιστή, επιτρέποντας έτσι στους χρήστες να το ελέγχουν από οπουδήποτε στον κόσμο. Το ESP32 λαμβάνει εντολές από την ιστοσελίδα μέσω πατήματος πλήκτρων και τις στέλνει στο Arduino MEGA ως τιμές char. Με βάση την τιμή που λαμβάνει το αυτοκίνητο θα πηγαίνει προς τα εμπρός, προς τα πίσω κ.λπ. Επειδή το τηλεχειριστήριο μέσω διαδικτύου εξαρτάται από πολλούς εξωτερικούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της μεγάλης καθυστέρησης, της κακής ποιότητας ροής, ακόμη και των αποσυνδέσεων, ενσωματώνεται ένας αισθητήρας απόστασης για να αποφευχθεί η συντριβή του ρομπότ *Λόγω των υψηλών και διακυμάνσεων των απαιτήσεων ισχύος του τσιπ ESP32, συνιστάται ένας Ρυθμιστής τροφοδοσίας για χρήση με μπαταρία (βλ. διάγραμμα καλωδίωσης).

Βήμα 2: Κινητό ρομπότ αυτοκινήτου - διάγραμμα κυκλώματος

Θα σας καθοδηγήσουμε στη συναρμολόγηση αυτού βήμα προς βήμα.

Βήμα 3: Κινητό ρομπότ αυτοκινήτου - συναρμολόγηση (κινητήρες)

Αφού συναρμολογήσετε το πλαίσιο 2WD, ξεκινάμε συνδέοντας τους κινητήρες και την μπαταρία στο Arduino MEGA μέσω του προγράμματος οδήγησης L298N.

Βήμα 4: Κινητό ρομπότ αυτοκινήτου - συναρμολόγηση (αισθητήρας απόστασης)

Δεδομένου ότι υπάρχουν αρκετά στοιχεία για σύνδεση, ας προσθέσουμε ένα breadboard, ώστε να μπορούμε να συνδέσουμε την τροφοδοσία και το κοινό έδαφος πιο εύκολα. Αφού οργανώσουμε ξανά τα καλώδια, συνδέουμε τον αισθητήρα απόστασης και τον στερεώνουμε στο μπροστινό μέρος του ρομπότ.

Βήμα 5: Κινητό ρομπότ αυτοκινήτου - συναρμολόγηση (ESP32 CAM)

Στη συνέχεια, συνδέστε τη μονάδα ESP32-CAM και διορθώστε την δίπλα στον αισθητήρα απόστασης κοντά στο μπροστινό μέρος του ρομπότ. Θυμηθείτε αυτό το μάλλον απαιτητικό συστατικό απαιτεί τη δική του μπαταρία και έναν ρυθμιστή DC.

Βήμα 6: Κινητό ρομπότ αυτοκινήτου - συναρμολόγηση (διανομέας τσιπ)

Τώρα, ας προσθέσουμε τον διανομέα τσιπ (περισσότερα για αυτό στην ενότητα "Διανομέας τσιπ"). Συνδέστε τα δύο servos σύμφωνα με το διάγραμμα Fritzing και στερεώστε το διανομέα στην ουρά του ρομπότ.

Βήμα 7: Κινητό ρομπότ αυτοκινήτου - συναρμολόγηση (μπισκότα!)

Τέλος, προσθέτουμε κεράσματα στο διανομέα!

Βήμα 8: Κινητό ρομπότ αυτοκινήτου - Κωδικός Arduino

Ο RobotCar_Code είναι ο κωδικός που θα χρειαστεί να φορτώσετε στο Arduino Mega.

Δείτε πώς λειτουργεί: το Arduino ακούει byte που αποστέλλονται από το ESP32 μέσω σειριακής επικοινωνίας στη ζώνη 115200. Με βάση το byte που λαμβάνεται, το αυτοκίνητο θα κινείται μπροστά, πίσω, αριστερά, δεξιά κ.λπ. στέλνοντας είτε Υ HIGHΗΛΗ είτε ΧΑΜΗΛΗ τάση στους κινητήρες για έλεγχο κατεύθυνσης, καθώς και μεταβλητή PWM μεταξύ 0-255 για έλεγχο της ταχύτητας. Για την αποφυγή συγκρούσεων, αυτός ο κωδικός διαβάζει επίσης τις τιμές που προέρχονται από τον αισθητήρα απόστασης και εάν η απόσταση είναι μικρότερη από ένα καθορισμένο όριο, το ρομπότ δεν θα προχωρήσει. Τέλος, εάν το Arduino λάβει μια εντολή να διανείμει μια απόλαυση, θα ενεργοποιήσει τα servos στο Chip Dispenser.

Βήμα 9: Κινητό ρομπότ αυτοκινήτου - Κωδικός ESP32

Το ESP32 επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ του διακομιστή και του Arduino μέσω Wifi. Προγραμματίζεται ξεχωριστά από το Arduino και έχει τον δικό του κωδικό:

• Ο ESP32_Code.ino είναι ο κωδικός για το ESP32 για την αποστολή πληροφοριών στο Arduino
• Το app_httpd.cpp είναι ο κώδικας που απαιτείται για τον προεπιλεγμένο διακομιστή ιστού ESP32 και ορίστε τη λειτουργία να ακούει για πατήματα πλήκτρων. Καλό για εντοπισμό σφαλμάτων και δοκιμές σε τοπικό wifi. Δεν χρησιμοποιείται για επικοινωνία εκτός του τοπικού δικτύου.
• Ο camera_index.h είναι ο κώδικας html για την προεπιλεγμένη εφαρμογή ιστού
• camera_pins.h ορίζει τις ακίδες ανάλογα με το μοντέλο ESP32

Ο κωδικός ESP32 χρησιμοποιεί τη βιβλιοθήκη Wifi καθώς και το πρόσθετο ESP32, τα οποία μπορούν να εγκατασταθούν στο Arduino IDE ακολουθώντας αυτά τα βήματα:

1. Στο Arduino IDE μεταβείτε στο Αρχείο> Προτιμήσεις
2. Στη συνέχεια, στην καρτέλα Ρυθμίσεις, στη διεύθυνση URL πρόσθετων διαχειριστών πινάκων, εισαγάγετε το ακόλουθο "https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json"
3. Τώρα ανοίξτε το Boards Manager και μεταβείτε στα Εργαλεία> Πίνακας> Διαχειριστής πινάκων και αναζητήστε το ESP32 πληκτρολογώντας "ESP32"
4. Θα πρέπει να δείτε "esp32 by Espressif Systems". Κάντε κλικ στην επιλογή Εγκατάσταση.
5. Τώρα πρέπει να εγκατασταθεί το πρόσθετο ESP32. Για έλεγχο, επιστρέψτε στο Arduino IDE και μεταβείτε στο Εργαλεία> Πίνακας και επιλέξτε το "ESP32 Wrover Module".
6. Μεταβείτε ξανά στα Εργαλεία> Ταχύτητα μεταφόρτωσης και ορίστε το στο "115200".
7. Τέλος, μεταβείτε στο Εργαλεία> Σχέδιο διαμερίσματος και ορίστε το σε "Huge APP (3MB No OTA/1MB SPIFFS)
8. Μόλις ολοκληρώσετε αυτό, σας συνιστώ να ακολουθήσετε αυτό το σεμινάριο του RandomNerdTutorials το οποίο εξηγεί λεπτομερώς πώς να ολοκληρώσετε τη ρύθμιση του ESP32 και να ανεβάσετε κώδικα με τον προγραμματιστή FTDI Προγραμματισμός του ESP32

Βήμα 10: Διανομέας τσιπ

Το Chip Dispenser είναι μια φθηνή προσθήκη στο κινητό ρομπότ που του επιτρέπει να επηρεάζει το τοπικό περιβάλλον και να αλληλεπιδρά με ανθρώπους / ζώα αφήνοντας μια νόστιμη απόλαυση. Αποτελείται από ένα εξωτερικό κουτί από χαρτόνι με 2 σερβίς τοποθετημένο στο εσωτερικό του, καθώς και μια εσωτερική κασέτα από χαρτόνι που χωρά αντικείμενα (όπως γλυκά ή κεράσματα σκύλων) για διανομή. Το ένα σερβο λειτουργεί ως πύλη ενώ το άλλο σπρώχνει το αντικείμενο προς τα έξω.

*Όλες οι διαστάσεις είναι σε χιλιοστά

Βήμα 11: Joystick

Ενώ μπορεί να είναι διασκεδαστικό να ελέγχετε ένα ρομπότ με το πληκτρολόγιο, είναι ακόμα πιο διασκεδαστικό και διαισθητικό να χρησιμοποιείτε ένα joystick, όπου το ρομπότ αντιδρά απευθείας με βάση την κατεύθυνση που πιέζετε. Δεδομένου ότι αυτό το ρομπότ ενεργοποιείται μέσω πατήσεων πλήκτρων που έχουν εγγραφεί στην ιστοσελίδα, χρειαζόμασταν το χειριστήριο για να μιμηθούμε ένα πληκτρολόγιο. Με αυτόν τον τρόπο, οι χρήστες χωρίς χειριστήριο μπορούν ακόμα να ελέγχουν το ρομπότ απευθείας από ένα πληκτρολόγιο, αλλά άλλοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν το χειριστήριο.

Για αυτό είχαμε μόνο ένα Arduino Uno το οποίο δεν έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τη βιβλιοθήκη, οπότε το προγραμματίσαμε απευθείας χρησιμοποιώντας ένα πρωτόκολλο USB γνωστό ως Device Firmware Update (DFU) που επιτρέπει στο arduino να αναβοσβήνει με ένα γενικό υλικολογισμικό πληκτρολογίου USB HID Το Με άλλα λόγια, όταν το arduino είναι συνδεδεμένο στο usb δεν αναγνωρίζεται πλέον ως arduino αλλά ως πληκτρολόγιο!

Βήμα 12: Joystick - Διάγραμμα κυκλώματος

Εδώ είναι πώς συνδέσαμε το χειριστήριο.

Βήμα 13: Joystick - Εξομοιωτής πληκτρολογίου

Για να μιμηθεί το Arduino Uno ένα πληκτρολόγιο, πρέπει να προγραμματίσετε απευθείας το τσιπ Atmega16u2 στο Arduino μέσω μιας μη αυτόματης ενημέρωσης υλικολογισμικού συσκευής (DFU). Τα παρακάτω βήματα θα περιγράψουν τη διαδικασία για ένα μηχάνημα Windows και ελπίζουμε να σας βοηθήσουν να αποφύγετε μερικά από τα προβλήματα που αντιμετωπίσαμε.

Το πρώτο βήμα είναι να γράψετε με μη αυτόματο τρόπο το πρόγραμμα οδήγησης usb Atmel στο Arduino, ώστε να αναγνωρίζεται ως USB και όχι ως Arduino, το οποίο επιτρέπει να αναβοσβήνει με τον προγραμματιστή FLIP.

1. Κατεβάστε τον προγραμματιστή FLM του Atmel από εδώ
2. Συνδέστε το Arduino Uno σας
3. Μεταβείτε στη Διαχείριση συσκευών και βρείτε το Arduino. Θα βρίσκεται κάτω από COM ή Άγνωστη συσκευή. Συνδέστε το έξω και βεβαιωθείτε ότι αυτή είναι η σωστή συσκευή.
4. Αφού βρείτε το Arduino Uno στη Διαχείριση συσκευών, κάντε δεξί κλικ και επιλέξτε ιδιότητες> Πρόγραμμα οδήγησης> Ενημέρωση προγράμματος οδήγησης> Περιήγηση στον υπολογιστή μου για λογισμικό προγράμματος οδήγησης> Επιτρέψτε μου να επιλέξω από μια λίστα διαθέσιμων προγραμμάτων οδήγησης στον υπολογιστή μου> Έχω δίσκο> Περιηγηθείτε στο αρχείο "atmel_usb_dfu.inf" και επιλέξτε το. Αυτό θα πρέπει να βρίσκεται στο φάκελο όπου ήταν εγκατεστημένος ο προγραμματιστής Atmel FLIP. Στον υπολογιστή μου είναι εδώ: C: / Program Files (x86) Atmel / Flip 3.4.7 / usb / atmel_usb_dfu.inf
5. Εγκαταστήστε το πρόγραμμα οδήγησης
6. Επιστρέψτε τώρα στη Διαχείριση Συσκευών, θα πρέπει να δείτε μια "Συσκευές USB Atmel" με το Arduino Uno να έχει πλέον την ετικέτα ATmega16u2!

Τώρα που ο υπολογιστής αναγνωρίζει το Arduino Uno ως συσκευή USB, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον προγραμματιστή FLIP για να το αναβοσβήσουμε με 3 ξεχωριστά αρχεία και να το μετατρέψουμε σε πληκτρολόγιο.

Εάν αποσυνδέσατε το Arduino Uno μετά το πρώτο μέρος, συνδέστε το ξανά.

1. Ανοίξτε το FLIP
2. Επαναφέρετε το Arduino Uno συνδέοντας για λίγο τη δύναμη στο έδαφος.
3. Κάντε κλικ στην επιλογή Επιλογή συσκευής (εικονίδιο σαν μικροτσίπ) και επιλέξτε ATmega16U2
4. Κάντε κλικ στην επιλογή Επιλογή μέσου επικοινωνίας (εικονίδιο σαν καλώδιο usb) και επιλέξτε USB. Εάν ολοκληρώσατε σωστά το πρώτο μέρος, τα άλλα γκρίζα κουμπιά θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν.
5. Μεταβείτε στο Αρχείο> Load Hex File> και ανεβάστε το αρχείο Arduino-usbserial-uno.hex
6. Στο παράθυρο FLIP θα πρέπει να δείτε τρεις ενότητες: Operations Flow, FLASH Buffer Information και ATmega16U2. Στη Ροή λειτουργιών, επιλέξτε τα πλαίσια Διαγραφή, πρόγραμμα και επαλήθευση και, στη συνέχεια, κάντε κλικ στην επιλογή Εκτέλεση.
7. Μόλις ολοκληρωθεί αυτή η διαδικασία, κάντε κλικ στην Έναρξη εφαρμογής στην ενότητα ATmega16U2.
8. Συνδέστε τον κύκλο του arduino αποσυνδέοντάς τον από τον υπολογιστή και συνδέοντάς τον ξανά.
9. Επαναφέρετε το Arduino Uno συνδέοντας για λίγο τη δύναμη στο έδαφος.
10. Ανοίξτε το Arduino IDE και ανεβάστε το αρχείο JoyStickControl_Code.ino στον πίνακα.
11. Συνδέστε τον κύκλο του arduino αποσυνδέοντάς τον από τον υπολογιστή και συνδέοντάς τον ξανά.
12. Επαναφέρετε το arduino συνδέοντας για λίγο τη δύναμη στο έδαφος.
13. Επιστρέψτε στο FLIP, βεβαιωθείτε ότι η επιλογή συσκευής λέει Atmega16U2
14. Κάντε κλικ στην επιλογή Επιλογή μέσου επικοινωνίας και επιλέξτε USB.
15. Μεταβείτε στο Αρχείο> Load Hex File> και ανεβάστε το αρχείο Arduino-keyboard-0.3.hex
16. Στο παράθυρο FLIP θα πρέπει να δείτε τρεις ενότητες: Operations Flow, FLASH Buffer Information και ATmega16U2. Στη Ροή λειτουργιών, επιλέξτε τα πλαίσια Διαγραφή, πρόγραμμα και επαλήθευση και, στη συνέχεια, κάντε κλικ στην επιλογή Εκτέλεση.
17. Μόλις ολοκληρωθεί αυτή η διαδικασία, κάντε κλικ στην Έναρξη εφαρμογής στην ενότητα ATmega16U2.
18. Συνδέστε τον κύκλο του arduino αποσυνδέοντάς τον από τον υπολογιστή και συνδέοντάς τον ξανά.
19. Τώρα, όταν πηγαίνετε στη Διαχείριση συσκευών, θα πρέπει να υπάρχει μια νέα συσκευή HID Keyboard κάτω από τα Πληκτρολόγια.
20. Ανοίξτε ένα σημειωματάριο ή οποιοδήποτε πρόγραμμα επεξεργασίας κειμένου και ξεκινήστε να μετακινείτε το χειριστήριο. Θα πρέπει να δείτε τους αριθμούς να πληκτρολογούνται!

Εάν θέλετε να αλλάξετε τον κώδικα στο σκίτσο του Arduino, για παράδειγμα γράφοντας νέες εντολές στο joystick, θα πρέπει να το αναβοσβήνετε και με τα 3 αρχεία κάθε φορά.

Μερικοί χρήσιμοι σύνδεσμοι: Το Arduino DFUAtLibUsbDfu.dll δεν βρέθηκε

Αυτός ο εξομοιωτής πληκτρολογίου βασίζεται σε αυτό το σεμινάριο του Michael στις 24 Ιουνίου 2012.

Βήμα 14: Επικοινωνία δικτύου

Για να λάβετε ροή βίντεο και να στείλετε εντολές στο ρομπότ από οπουδήποτε στον κόσμο, χρειαζόμαστε έναν τρόπο μετάδοσης δεδομένων από και προς το ESP32-CAM. Αυτό γίνεται σε δύο μέρη, έναν χειριστή σύνδεσης στο τοπικό σας δίκτυο και έναν δημόσιο διακομιστή. Κατεβάστε τα τρία αρχεία για να το επιτύχετε:

• Handlers.py: μεταφέρει πληροφορίες από το ESP32-CAM και τον δημόσιο διακομιστή (δοκιμάστηκε στο Python 3.8)
• Flask_app.py: καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο η εφαρμογή σας ανταποκρίνεται στα εισερχόμενα αιτήματα.
• Robot_stream.html: αποδίδει βίντεο στο πρόγραμμα περιήγησής σας και ακούει εντολές μέσω πληκτρολογίου / joystick (δοκιμασμένο στο Chrome)

Μπορείτε να το κωδικοποιήσετε απευθείας στο app_httpd.cpp, αλλά για ευκολότερο εντοπισμό σφαλμάτων χρησιμοποιούμε ένα σενάριο Python που εκτελείται σε υπολογιστή συνδεδεμένο στο ίδιο δίκτυο. Ανοίξτε το handlers.py και ενημερώστε τη διεύθυνση IP και το όνομα χρήστη στο δικό σας και είστε έτοιμοι. Η ροή θα ξεκινήσει όταν εκτελείτε αυτό το αρχείο.

Δημόσιος διακομιστής Για πρόσβαση σε όλα στο διαδίκτυο, μπορείτε να ξεκινήσετε έναν διακομιστή με PaaS της επιλογής σας. Σε pythonanywhere (PA) η ρύθμιση αυτή διαρκεί λιγότερο από 5 λεπτά:

1. Εγγραφείτε για λογαριασμό και συνδεθείτε
2. Μεταβείτε στην καρτέλα "Ιστός" και πατήστε "Προσθήκη νέας εφαρμογής Web", επιλέξτε Flask και Python 3.6
3. Αντιγράψτε το flask_app.py στον κατάλογο /mysite
4. Αντιγράψτε το robot_stream.html στον κατάλογο /mysite /templates
5. Κάντε κλικ στην επιλογή "Επαναφόρτωση"

Και… είστε έτοιμοι!

Αποποίηση ευθυνών: Αυτή η ροή εργασίας δικτύωσης είναι γρήγορη και απλή, αλλά πολύ μακριά από την ιδανική. Το RTMP ή οι πρίζες θα ήταν πιο κατάλληλα για ροή, αλλά δεν υποστηρίζονται στο PA και απαιτούν κάποια εμπειρία με τη δικτύωση και τη ρύθμιση διακομιστή. Συνιστάται επίσης να προσθέσετε κάποιο μηχανισμό ασφαλείας για τον έλεγχο της πρόσβασης.

Βήμα 15: Το βάζουμε όλα μαζί

Τώρα, ενεργοποιήστε το ρομπότ σας, εκτελέστε το handlers.py σε έναν υπολογιστή (συνδεδεμένο στο ίδιο δίκτυο με το ρομπότ) και μπορείτε να ελέγχετε το ρομπότ από ένα πρόγραμμα περιήγησης με βάση τη διεύθυνση url που έχετε ορίσει από οπουδήποτε θέλετε. (π.χ.