Δημιουργήστε ένα ρομπότ τηλεπαρουσίας που ελέγχεται μέσω Wi -Fi: 11 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Αυτό το έργο αφορά την κατασκευή ενός ρομπότ που μπορεί να αλληλεπιδράσει με ένα απομακρυσμένο περιβάλλον και να ελέγχεται από οποιοδήποτε μέρος του κόσμου χρησιμοποιώντας το Wifi. Αυτό είναι το τελευταίο έτος μου μηχανικό έργο και έμαθα πολλά για τα ηλεκτρονικά, το IoT και τον προγραμματισμό. Αυτό το έργο επικεντρώνεται σε άτομα με κινητικές αναπηρίες, καθώς δυσκολεύονται να μετακινηθούν, οπότε ένα ρομπότ τηλεπαρουσίας μπορεί να τους βοηθήσει εύκολα.

Υπάρχουν 2 συστήματα στο έργο για να είναι επιτυχές. Έλεγχος κίνησης του χεριού σας για να μετακινήσετε το ρομποτικό χέρι και την εφαρμογή για κινητά που ελέγχει τη βάση του κινητήρα.

Παρακάτω είναι το έγγραφο και η παρουσίαση του Telepresence V1, ώστε να έχετε μια πιο σε βάθος κατανόηση.

Timeρα να το χτίσετε!

Προμήθειες

Χρειάζονται πολλά εργαλεία και εξαρτήματα για αυτό το έργο. Μου κόστισε περίπου 1000 AED (270 $), οπότε βεβαιωθείτε ότι έχετε αυτόν τον προϋπολογισμό. Εδώ είναι τα συστατικά που θα χρειαστείτε:-

1. Κόμβος MCU x 3
2. L298N DC Motor Driver x 1
3. Τροφοδοσία 12V x 1
4. LM2596 Ρυθμιστής τάσης προς τα κάτω x 1
5. MPU9250 αισθητήρες IMU x 2
6. Servo Motors (ροπή 10-20kg) x 4
7. ελαφρύ ξύλο 1x1m
8. 8Μ μεταλλικές ράβδοι με σπείρωμα 1m x 2
9. 3D εκτυπωτής (30x30cm)
10. ξυλοκόπος και τρυπάνι
11. Ηλεκτρικά σύρματα, καλώδια βραχυκυκλωτήρων και πλάκα ψωμιού
12. Παντελόνι μανίκι
13. Κινητήρας 12V DC (25kg.cm) x 2
14. Τροχός τροχού 3 ιντσών x 1
15. Ροδάκι από καουτσούκ 6cm με βίδα στήριξης x 2
16. Σετ συγκόλλησης

Βήμα 1: Πώς λειτουργεί;

Αυτό είναι το διάγραμμα ροής επικοινωνίας για να καταλάβετε πώς επικοινωνούν τα στοιχεία μεταξύ τους. Χρησιμοποιούμε Δίκτυο Μεταφοράς Δεδομένων που ονομάζεται PubNub ως πλατφόρμα IoT που μπορεί να στείλει μηνύματα σε πραγματικό χρόνο σε μόλις 0,5 δευτερόλεπτα! Αυτή είναι η ταχύτερη απάντηση που μπορούμε να λάβουμε και αυτό είναι ακόμα πιο σημαντικό στο έργο μας, καθώς θα χρησιμοποιούμε το χέρι μας για να ελέγξουμε το χέρι του ρομπότ σε πραγματικό χρόνο.

Όλα τα Nodemcu χρησιμοποιούνται για αποστολή και λήψη δεδομένων. Υπάρχουν 2 μεμονωμένα συστήματα που εμπλέκονται εδώ, όπου ο Nodemcu στο χέρι στέλνει τα δεδομένα του αισθητήρα κίνησης στο PubNub και αυτά λαμβάνονται από τον Nodemcu στο ρομποτικό βραχίονα. για μετακίνηση βάσης, η εφαρμογή για κινητά στέλνει τα δεδομένα για συντεταγμένες x, y από το joystick και που λαμβάνονται από τον Nodemcu στη βάση, η οποία μπορεί να ελέγξει τον κινητήρα μέσω του προγράμματος οδήγησης. Αυτα για τωρα.

Βήμα 2: Σχεδιασμός

Ο παραπάνω σχεδιασμός θα σας δώσει μια ιδέα για το πώς μοιάζει η δομή. Μπορείτε να κατεβάσετε τα αρχεία cad για καλύτερη εμφάνιση. Η βάση του rover υποστηρίζεται από 3 τροχούς, όπου 2 είναι DC κινητήρες πίσω και ένας τροχός εμπρός. Λόγω της κίνησης του ρομποτικού βραχίονα, παρατήρησα αστάθεια στη βάση, ώστε να σκεφτείτε να προσθέσετε 2 τροχούς εμπρός. Η κάτω και η κορυφαία ξύλινη βάση υποστηρίζονται από ράβδους με σπείρωμα οι οποίες είναι τοποθετημένες σε παξιμάδια. Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε παξιμάδι ασφάλισης, διότι αυτό θα το κάνει μόνιμα σφιχτό μακροπρόθεσμα.

Λήψη αρχείου πηγής σχεδίασης - Σχεδιασμός τηλεπαρουσίας

Βήμα 3: Υπολογισμός τρισδιάστατων όπλων και ροπής

Το ρομπότ βραχίονα τηλεπαρουσίας είναι ένα απλό σχέδιο σε σχήμα κουτιού, έτσι ώστε να μπορεί να εκτυπωθεί εύκολα 3d με ελάχιστη ποσότητα νήματος. Το μήκος του είναι περίπου 40 εκατοστά που είναι όσο ένα ανθρώπινο χέρι. Το μήκος του ρομποτικού βραχίονα βασίζεται στη ροπή που σηκώνουν οι σερβοκινητήρες. Μπορείτε να βρείτε τον υπολογισμό της ροπής στην παραπάνω εικόνα μαζί με τις προδιαγραφές του σερβοκινητήρα που χρησιμοποίησα, ώστε να προσαρμόσετε το σχέδιο στις ανάγκες σας. Αλλά αποφύγετε τη χρήση της μέγιστης ροπής του σερβοκινητήρα, διότι αυτό θα καταλήξει να καταστρέψει τον κινητήρα μακροπρόθεσμα.

Κατεβάστε τα αρχεία εκτύπωσης 3D παρακάτω, εκτυπώστε τα και συνεχίστε προς τα εμπρός.

Βήμα 4: Κατασκευή & Συναρμολόγηση Βάσης

Ακολουθούν τα βήματα που μπορείτε να ακολουθήσετε για την κατασκευή:-

1. Κόψτε τη μεταλλική ράβδο με σπείρωμα στο μεσαίο σημείο χρησιμοποιώντας πριόνι
2. Χρησιμοποιήστε ξυλοκόπο για να φτιάξετε 2 κομμάτια ξύλου 40x30εκ
3. Τρυπήστε τις απαραίτητες τρύπες στην πάνω και κάτω βάση όπως το παραπάνω σχέδιο
4. Ξεκινήστε να στερεώνετε τον κινητήρα DC και τους τροχούς στην κάτω βάση
5. Για να κάνετε μια ορθογώνια τρύπα στην επάνω βάση, κάντε πρώτα μια κυκλική τρύπα με το τρυπάνι και στη συνέχεια εισάγετε ξυλοκόπο μέσα από την τρύπα και κόψτε το στις άκρες για να δημιουργήσετε ένα ορθογώνιο.

αν αναρωτιέστε γιατί η τρύπα πάνω δεξιά τοποθετείται προς τα πίσω, τότε είναι γιατί δεν ήμουν σίγουρος αν θα τοποθετήσω το ρομποτικό βραχίονα στη δεξιά γωνία στο κέντρο. Η τοποθέτησή του στο κέντρο ήταν καλύτερη επιλογή λόγω της ισορροπίας βάρους.

Βήμα 5: Συναρμολόγηση του ρομποτικού βραχίονα

Η συναρμολόγηση του ρομποτικού βραχίονα απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή. Εκτός από τη μηχανική συναρμολόγηση, πρέπει να βεβαιωθείτε ότι ο σερβοκινητήρας είναι στη σωστή γωνία όταν συναρμολογείται. Ακολουθήστε το παραπάνω διάγραμμα για να έχετε μια ιδέα σχετικά με τη γωνία ρύθμισης του σερβοκινητήρα σε όλους τους κινητήρες πριν συναρμολογήσετε οτιδήποτε από πάνω. Προσπαθήστε να διορθώσετε αυτό το κομμάτι, διαφορετικά θα καταλήξετε να το ξανασυναρμολογήσετε ξανά.

Χρησιμοποιήστε το παρακάτω πρότυπο κώδικα για να ορίσετε την ακριβή γωνία σερβο χρησιμοποιώντας το Arduino ή το Nodemcu. Υπάρχουν ήδη πολλές πληροφορίες σχετικά με αυτό στο διαδίκτυο, οπότε δεν θα αναφερθώ λεπτομερώς.

#περιλαμβάνω

Servo servo?

int pin =; // βάλτε τον αριθμό καρφιτσών όπου είναι συνδεδεμένη η καρτέλα δεδομένων σερβο στο arduino

void setup () {

servo.attach (καρφίτσα);

}

void loop () {

int γωνία =; // γωνία στην οποία πρέπει να ρυθμίσετε

servo.write (γωνία);

}

Βήμα 6: Ελεγκτής κυκλώματος βραχίονα

Η συναρμολόγηση χειριστηρίου βραχίονα είναι απλή. Χρησιμοποίησα ένα μακρύ μανίκι και στερέωσα τους αισθητήρες, το Nodemcu & το breadboard με ράψιμο. Βεβαιωθείτε ότι ο προσανατολισμός του αισθητήρα είναι στην ίδια κατεύθυνση με την παραπάνω εικόνα του ελεγκτή. Τέλος, ακολουθήστε το διάγραμμα κυκλώματος και κατεβάστε τον παρακάτω κώδικα.

Βήμα 7: Circuit of Telepresence Robot

Ακολουθήστε το διάγραμμα κυκλώματος με τον ίδιο τρόπο. Ελέγξτε διασταυρωμένα τα pinouts της τροφοδοσίας που χρησιμοποιείτε για να αποφύγετε βραχυκυκλώματα. Ρυθμίστε την τάση εξόδου του μετατροπέα buck σε 7V, επειδή αυτή είναι η μέση τάση όλων των σερβοκινητήρων. Το μόνο μέρος που μπορείτε να κολλήσετε είναι οι ακροδέκτες του βασικού κινητήρα DC, επειδή καταναλώνει πολύ ρεύμα, οπότε πρέπει να σφίγγεται με ελαφρώς παχύτερο ηλεκτρικό σύρμα. Μόλις ολοκληρωθεί το κύκλωμα, αργότερα θα ανεβάσετε το 'arm_subscriber.ino' στο Nodemcu το οποίο συνδέεται με τον βραχίονα και το 'base.ino' που θα μεταφορτωθεί στη βάση Nodemcu.

Βήμα 8: Εφαρμογή για κινητά

Αυτό είναι το κινητό για τον έλεγχο της μετακίνησης. Όταν μετακινείτε το joystick, στέλνει τις συντεταγμένες X, Y στον κύκλο του joystick στο Pubnub και λαμβάνεται από τον Nodemcu στη βάση. Αυτή η συντεταγμένη Χ, Υ μετατρέπεται στη γωνία και χρησιμοποιώντας αυτήν μπορούμε να βρούμε σε ποια κατεύθυνση θα κινηθεί το ρομπότ. Η κίνηση γίνεται με ενεργοποίηση/απενεργοποίηση & αλλαγή κατεύθυνσης των δύο κινητήρων. Εάν η εντολή είναι εμπρός, τότε και οι δύο κινητήρες πηγαίνουν προς τα εμπρός με πλήρη ταχύτητα, αν αριστερά τότε ο αριστερός κινητήρας θα πάει αντίστροφα και ο δεξιός κινητήρας θα προχωρήσει και ούτω καθεξής.

η παραπάνω λειτουργία μπορεί απλά να γίνει με κουμπιά επίσης αντί για joystick αλλά επιλέγω joystick για να ελέγξω και την ταχύτητα του κινητήρα. Ωστόσο, η καρφίτσα ενεργοποίησης δεν λειτούργησε με τον Nodemcu, οπότε άφησα αυτό το μέρος. Έχω προσθέσει έναν κωδικό ελέγχου ταχύτητας στο base.ino για κάθε περίπτωση ως σχόλιο.

Μπορείτε να λάβετε το αρχείο προέλευσης.aia παρακάτω, το οποίο μπορεί να επεξεργαστεί χρησιμοποιώντας τον εφευρέτη της εφαρμογής MIT. Θα πρέπει να κάνετε μια βασική διαμόρφωση στην εφαρμογή την οποία θα σας πω στο επόμενο βήμα.

Βήμα 9: Δημιουργήστε λογαριασμό στο Pubnub & Λάβετε τα κλειδιά

Τώρα ήρθε η ώρα να κάνετε το τελευταίο βήμα που είναι να διαμορφώσετε την πλατφόρμα σας IoT. Το Pubnub είναι το καλύτερο επειδή η μεταφορά δεδομένων πραγματοποιείται σε πραγματικό χρόνο και διαρκεί μόνο 0,5 δευτερόλεπτα για τη μεταφορά. Επιπλέον, μπορείτε να στέλνετε 1 εκατομμύριο σημεία δεδομένων το μήνα, ώστε να είναι η προσωπική μου αγαπημένη πλατφόρμα.

Μεταβείτε στο PubNub και δημιουργήστε το λογαριασμό σας. Στη συνέχεια, μεταβείτε στα μενού Εφαρμογές στο αριστερό μενού και κάντε κλικ στο κουμπί "+Δημιουργία νέας εφαρμογής" στα δεξιά. Αφού ονομάσετε την εφαρμογή σας, θα δείτε την παραπάνω εικόνα του κλειδιού εκδότη και συνδρομητή. Αυτό θα χρησιμοποιήσουμε για τη σύνδεση των συσκευών.

Βήμα 10: Προσθέστε τα κλειδιά στον κώδικα και μεταφόρτωση

Χρειαζόμαστε 4 πράγματα για να μπορεί η συσκευή να επικοινωνεί μεταξύ τους:- pubkey, δευτερεύον κλειδί, κανάλι & wifi.

Το pubkey & το δευτερεύον κλειδί θα παραμείνουν ίδια σε όλη την εφαρμογή Nodemcu και για κινητά. 2 συσκευές που επικοινωνούν μεταξύ τους πρέπει να έχουν το ίδιο όνομα καναλιού. Δεδομένου ότι η εφαρμογή και η βάση για κινητά επικοινωνούν έτσι ώστε να έχουν το ίδιο όνομα καναλιού παρόμοιο για χειριστήριο και ρομποτικό χέρι. Τέλος, πρέπει να βάλετε διαπιστευτήρια wifi σε κάθε Nodemcu, ώστε να μπορεί να συνδεθεί με wifi στην αρχή. Έχω ήδη προσθέσει το όνομα του καναλιού, οπότε το wifi και το κλειδί pub/sub είναι αυτό που θα πρέπει να προσθέσετε από τον λογαριασμό σας.

Σημείωση:- Το Nodemcu μπορεί να συνδεθεί μόνο με wifi στο οποίο μπορείτε να αποκτήσετε πρόσβαση ως ιστοσελίδα ως ενδιάμεσο. Ακόμα και για την τελική μου παρουσίαση έπρεπε να χρησιμοποιήσω hotspot για κινητά, αφού το wifi του πανεπιστημίου ήταν drag.

Βήμα 11: Συμπέρασμα

Αν φτάσατε μέχρι εδώ, τότε ΥΠΕΡΟΧΟ! Ελπίζω να έχετε κερδίσει κάτι πολύτιμο από αυτό το άρθρο. Αυτό το έργο έχει μικρούς περιορισμούς τους οποίους θέλω να σας πω πριν το εκτελέσετε. Ακολουθούν μερικά παρακάτω:-

Απότομη κίνηση του ρομποτικού βραχίονα:-

Υπάρχει μια πολύ ξαφνική κίνηση του ρομποτικού βραχίονα. Αυτό οφείλεται σε 0,5 δευτερόλεπτα καθυστέρησης για να μεταφερθούν οι πληροφορίες του αισθητήρα ως σερβο κίνηση. Έκανα ζημιά ακόμη και σε 2 του σερβοκινητήρα, οπότε μην κουνάς το χέρι σου πολύ γρήγορα. Μπορείτε να λύσετε αυτό το πρόβλημα προσθέτοντας ενδιάμεσα βήματα μεταξύ της αρχικής κίνησης για να δημιουργήσετε ομαλή κίνηση.

Χωρίς διακοπή της κίνησης της βάσης:-

όταν κάνω το ρομπότ να κινηθεί προς μία κατεύθυνση μέσω μιας εφαρμογής για κινητά, το ρομπότ συνεχίζει να κινείται προς την ίδια κατεύθυνση ακόμη και όταν σηκώνω τα δάχτυλά μου. Αυτό ήταν ενοχλητικό αφού έπρεπε πάντα να κλείσω το ρεύμα για να σταματήσω την κίνηση. Έβαλα τον κωδικό διακοπής στην εφαρμογή, αλλά εξακολουθεί να μην λειτουργεί. Θα μπορούσε να είναι πρόβλημα στην ίδια την εφαρμογή. Maybeσως μπορείτε να προσπαθήσετε να το λύσετε και να με ενημερώσετε.

Χωρίς ροή βίντεο:-

Χωρίς τη ροή βίντεο που προέρχεται από ρομπότ σε άτομο, δεν θα μπορέσουμε ποτέ να αναπτυχθούμε πολύ μακριά από τον χρήστη. Wantedθελα να το προσθέσω αρχικά, αλλά θα απαιτούσε περισσότερο χρόνο και επένδυση, οπότε το άφησα.

Μπορείτε να προχωρήσετε περαιτέρω αυτό το έργο λύνοντας το παραπάνω πρόβλημα. Όταν το κάνετε, ενημερώστε με. Αποχαιρετισμός

Για περισσότερα έργα επισκεφθείτε την ιστοσελίδα του χαρτοφυλακίου μου

Δευτέρα στο διαγωνισμό ρομποτικής