Ρομπότ FPV Rover με ελεγχόμενο Wi-Fi (με Arduino, ESP8266 και Stepper Motors): 11 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Αυτό το διδακτικό δείχνει πώς να σχεδιάσετε ένα τηλεχειριζόμενο ρομπότ δύο τροχών μέσω δικτύου Wi-Fi, χρησιμοποιώντας ένα Arduino Uno συνδεδεμένο με μια μονάδα Wi-Fi ESP8266 και δύο βηματικούς κινητήρες. Το ρομπότ μπορεί να ελεγχθεί από ένα συνηθισμένο πρόγραμμα περιήγησης στο Διαδίκτυο, χρησιμοποιώντας μια HTML σχεδιασμένη διεπαφή. Ένα smartphone Android χρησιμοποιείται για τη μετάδοση βίντεο και ήχου από το ρομπότ στη διεπαφή ελέγχου του χειριστή.

Υπάρχουν πολλά ρομποτικά κιτ διαθέσιμα στο διαδίκτυο με διάφορα σχήματα, διαστάσεις και τιμές. Αλλά, ανάλογα με την εφαρμογή σας, κανένα από αυτά δεν ταιριάζει και ίσως διαπιστώσετε ότι είναι πολύ ακριβά για τα πειράματά σας. Maybe ίσως θέλετε απλά να φτιάξετε τη μηχανική σας δομή αντί να αγοράσετε μια ολοκληρωμένη. Αυτό το διδακτικό δείχνει επίσης πώς να σχεδιάσετε και να φτιάξετε ένα ακρυλικό πλαίσιο χαμηλού κόστους για το δικό σας ρομποτικό έργο, χρησιμοποιώντας απλά συνηθισμένα εργαλεία για όσους δεν έχουν πρόσβαση σε αυτούς τους ακριβούς τρισδιάστατους εκτυπωτές ή λέιζερ. Παρουσιάζεται μια απλή ρομποτική πλατφόρμα.

Αυτός ο οδηγός μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να αλλάξει το σχήμα ή η διεπαφή ελέγχου. Προσαρμόστηκε για άλλα ρομποτικά μου έργα ("Robô da Alegria"), τα οποία μπορείτε να ελέγξετε στους παρακάτω συνδέσμους:

www.instructables.com/id/Joy-Robot-Rob%C3%B4-Da-Alegria-Open-Source-3D-Printed-A/

hackaday.io/project/12873-rob-da-alegria-…

github.com/ferauche/RoboAlegria

www.hackster.io/igorF2/robo-da-alegria-joy-robot-85e178

[Προειδοποίηση: μερικές από τις φωτογραφίες είναι ξεπερασμένες, επειδή ο σχεδιασμός βελτιώθηκε περαιτέρω. Ωστόσο, η ιδέα που παρουσιάζεται εδώ εξακολουθεί να ισχύει.]

Βήμα 1: Εργαλεία

Για την κατασκευή αυτού του πρωτοτύπου απαιτούνται τα ακόλουθα εργαλεία:

• Πριόνι χειρός (για την εκτέλεση αρχικών κοπών του ακρυλικού φύλλου)
• Κατσαβίδι (για τοποθέτηση μπουλονιών και παξιμαδιών)
• Χάρακας (για μέτρηση διαστάσεων)
• Βοηθητικό μαχαίρι (για κοπή ακρυλικού φύλλου)
• Μηχανή γεώτρησης (για τη δημιουργία οπών για τα μπουλόνια)
• Γυαλόχαρτο (για λείες τραχιές άκρες)

Βήμα 2: Μηχανική δομή και υλικά

Για να φτιάξετε ένα προσαρμοσμένο ρομπότ, θα πρέπει πρώτα να σχεδιάσετε τη μηχανική σας δομή. Μπορεί να είναι εύκολο, ανάλογα με την εφαρμογή σας, ή γεμάτο λεπτομέρειες και περιορισμούς. Σως χρειαστεί να το σχεδιάσετε σε ένα λογισμικό 3D CAD ή απλά να το σχεδιάσετε σε 2D, ανάλογα με την πολυπλοκότητα του μοντέλου σας.

Μπορείτε επίσης να αγοράσετε ολόκληρη τη δομή στο διαδίκτυο εάν δεν θέλετε να δημιουργήσετε τη δική σας μηχανική δομή. Υπάρχουν πολλά ρομποτικά κιτ διαθέσιμα στο διαδίκτυο. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορείτε να μεταβείτε στο Βήμα 6.

Για αυτό το διδακτικό, ένα ακρυλικό πλαίσιο χαμηλού κόστους σχεδιάστηκε για τη στερέωση των κινητήρων και άλλων εξαρτημάτων. Η δομή που παρουσιάζεται σε αυτό το σεμινάριο σχεδιάστηκε 3D χρησιμοποιώντας λογισμικό 123D Design CAD. Κάθε τμήμα μετατράπηκε αργότερα σε 2D χρησιμοποιώντας το λογισμικό Draftsight.

Χρησιμοποιήθηκαν τα ακόλουθα υλικά:

• Ακρυλικό φύλλο 2mm
• Τροχοί 42x19mm με ελαστικό πέλματος από πέλμα (x2)
• 49x20x32mm τροχός χάλυβα omni τροχός (x1)
• Μπουλόνια M2 x 10mm (x12)
• M2 x 1, παξιμάδια 5mm (x12)
• Βίδες M3 x 10mm (x8)
• M3 x 1, παξιμάδια 5mm (x8)
• Βίδες 5/32 "x 1" (x3)
• 5/32 "παξιμάδια (x6)
• Φορητό κλιπ αυτοκόλλητου
• Βάση αλουμινίου 3 x 3 cm (x4)

Η κατασκευή της δομής της βάσης χωρίζεται στα ακόλουθα βήματα:

1. Κόψτε την ακρυλική βάση σύμφωνα με τις διαστάσεις στο 2D σχέδιο.
2. Τρυπήστε τις τρύπες στις θέσεις που φαίνονται στο σχέδιο 2D.
3. Τοποθετήστε τα εξαρτήματα με μπουλόνια και παξιμάδια σύμφωνα με το τρισδιάστατο σχέδιο.

Δυστυχώς, η διάμετρος του άξονα του βηματικού κινητήρα είναι μεγαλύτερη από το στόμιο του τροχού. Έτσι πιθανότατα θα χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε κόλλα για να συνδέσετε αυτά τα εξαρτήματα. Για αυτό το σεμινάριο αυτοσχεδίασα μια ξύλινη σύζευξη μεταξύ του άξονα του κινητήρα και του τροχού.

Βήμα 3: Κοπή της δομής

Πρώτα θα χρειαστεί να μεταφέρετε τις διαστάσεις του μοντέλου σας στο ακρυλικό φύλλο. Εκτυπώστε το δισδιάστατο σχέδιό σας χρησιμοποιώντας έναν συνηθισμένο εκτυπωτή σε αυτοκόλλητο χαρτί, έπειτα κόψτε το χαρτί σε κατάλληλες διαστάσεις και εφαρμόστε τη μάσκα στην επιφάνεια του ακρυλικού.

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα πριόνι χειρός για να κόψετε το ακρυλικό σύμφωνα με τις διαστάσεις σας ή να χρησιμοποιήσετε τεχνικές διακοπών που περιγράφονται παρακάτω.

Με ένα μαχαίρι χρησιμότητας και με τη βοήθεια ενός χάρακα ή μιας ζυγαριάς, κόψτε το ακρυλικό σε ευθείες γραμμές. Δεν θα χρειαστεί να κόψετε όλη τη διαδρομή μέσω του φύλλου, απλά βαθμολογήστε το για να δημιουργήσετε μερικά κομμάτια όπου το κομμάτι θα κοπεί αργότερα.

Τοποθετήστε το ακρυλικό σε μια επίπεδη επιφάνεια, κρατήστε το στη θέση του με μερικούς σφιγκτήρες και ασκήστε λίγη πίεση μέχρι το φύλλο να χωριστεί στα δύο. Επαναλάβετε αυτή τη διαδικασία μέχρι να γίνουν όλες οι περικοπές. Μετά από αυτό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε γυαλόχαρτο για να εξομαλύνετε τις τραχιές άκρες.

Βήμα 4: Διάτρηση της βάσης

Τρυπήστε τις τρύπες στις θέσεις που φαίνονται στο σχέδιο 2D (αναγράφεται στη μάσκα) με μια μηχανή γεώτρησης.

Το ακρυλικό είναι σχετικά εύκολο να τρυπηθεί. Έτσι, εάν δεν απορρίψετε μια μηχανή γεώτρησης, μπορείτε να ανοίξετε τις τρύπες χειροκίνητα με ένα αιχμηρό εργαλείο, όπως ένα μαχαίρι βοηθητικής χρήσης. Μπορείτε επίσης να το χρησιμοποιήσετε για να μεγεθύνετε μικρές οπές για να ταιριάζουν σε μεγέθη μπουλονιών.

Αφαιρέστε τη μάσκα και η βάση σας θα είναι έτοιμη.

Βήμα 5: Συναρμολόγηση της δομής

Τοποθετήστε τα εξαρτήματα με μπουλόνια και παξιμάδια σύμφωνα με τις εικόνες και η δομή σας θα είναι έτοιμη.

Τα μπουλόνια M3 χρησιμοποιούνται για την εγκατάσταση των βηματικών κινητήρων, ενώ τα 5/32 για την τοποθέτηση του μπροστινού τροχού και του κλιπ smartphone.

Τώρα κάντε ένα διάλειμμα και ξεκινήστε να συναρμολογείτε το κύκλωμα στο ακόλουθο βήμα…

Βήμα 6: Ηλεκτρονικά

Θα χρειαστείτε τα ακόλουθα ηλεκτρονικά εξαρτήματα:

• Arduino Uno (αγορά)
• ESP8266 (αγορά)
• Protoshield (για μια πιο συμπαγή έκδοση) ή ένα συνηθισμένο breadboard (αγοράστε)
• 1 αντίσταση kohm (x2)
• Αντίσταση 10 kohm (x1)
• Μερικά καλώδια βραχυκυκλωτήρων
• Βηματικός κινητήρας με ULN2003driver (x2) (αγορά / αγορά)
• Υπολογιστής (για μεταγλώττιση και μεταφόρτωση κώδικα Arduino)
• Power bank (αγορά)
• καλώδιο USB

Δεν θα χρειαστείτε ειδικά εργαλεία για τη συναρμολόγηση του κυκλώματος. Όλα τα εξαρτήματα μπορούν να βρεθούν στο διαδίκτυο στο αγαπημένο σας κατάστημα ηλεκτρονικού εμπορίου. Το κύκλωμα τροφοδοτείται από μια τράπεζα τροφοδοσίας συνδεδεμένη στη θύρα USB του Arduino.

Συνδέστε όλα τα εξαρτήματα σύμφωνα με το σχηματικό σχήμα. Θα χρειαστείτε μερικά καλώδια για να συνδέσετε τη μονάδα ESP-8266 και τους βηματικούς κινητήρες. Μπορεί να χρησιμοποιήσετε ένα protoshield (για ένα πιο συμπαγές κύκλωμα), μια συνηθισμένη σανίδα ψωμιού ή ένα σχέδιο που σας ανήκει σε ασπίδα Arduino. Συνδέστε το καλώδιο USB στην πλακέτα Arduino Uno και προχωρήστε στο επόμενο βήμα.

Βήμα 7: Κωδικός Arduino

Εγκαταστήστε το πιο πρόσφατο Arduino IDE. Σε αυτό το έργο η βιβλιοθήκη stepper.h χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των βηματικών κινητήρων. Δεν χρειάστηκε καμία πρόσθετη βιβλιοθήκη για επικοινωνία με τη μονάδα ESP-8266. Ελέγξτε το baudrate του ESP8266 και ορίστε το σωστά στον κωδικό.

Κατεβάστε τον κωδικό Arduino (stepperRobot.ino) και αντικαταστήστε το XXXXX από το δρομολογητή wifi SSID και YYYYY με κωδικό πρόσβασης δρομολογητή. Συνδέστε την πλακέτα Arduino στη θύρα USB του υπολογιστή σας και ανεβάστε τον κωδικό.

Βήμα 8: Android IP κάμερα

Ένα smartphone Android χρησιμοποιήθηκε για τη μετάδοση βίντεο και ήχου από το ρομπότ στη διεπαφή ελέγχου. Μπορείτε να βρείτε την εφαρμογή στο Google Play store (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.pas.webcam).

Εγκαταστήστε το και μεταβείτε στο επόμενο βήμα.

Βήμα 9: Βάλτε τα κυκλώματα στο ρομπότ

Εγκαταστήστε τα κυκλώματα στο πάνω μέρος του ρομπότ χρησιμοποιώντας μερικά μπουλόνια M1, όπως φαίνεται στις εικόνες.

Μετά από αυτό, κολλήστε την τράπεζά σας στο πίσω μέρος του ρομπότ χρησιμοποιώντας ταινία διπλής όψης (επειδή είναι εύκολο να αφαιρεθεί αργότερα) και τοποθετήστε το smartphone σας στο κλιπ.

Βήμα 10: Διασύνδεση ελέγχου βασισμένη στον ιστό

Μια διεπαφή html σχεδιάστηκε για τον έλεγχο του ρομπότ.

Κατεβάστε το interface.rar και εξαγάγετε όλα τα αρχεία σε έναν δεδομένο φάκελο. Στη συνέχεια, ανοίξτε το στον Firefox.

Μια φόρμα κειμένου χρησιμοποιείται σε αυτήν τη διεπαφή για εισαγωγή διευθύνσεων IP της μονάδας ESP και του διακομιστή βίντεο/ήχου (από την εφαρμογή Android Webcam).

Υπάρχει μια δοκιμή αλλά, η οποία θα κάνει το ρομπότ να περιστρέφεται μέχρι να ληφθεί η εντολή anoter. Τα βέλη του πληκτρολογίου χρησιμοποιούνται για τη μετακίνηση του ρομπότ προς τα εμπρός ή προς τα πίσω και για περιστροφή αριστερά ή δεξιά.

Βήμα 11: Χρήση

Όταν γίνει επανεκκίνηση του Arduino, θα προσπαθήσει να συνδέσει αυτόματα το δίκτυο wi-fi. Χρησιμοποιήστε το Serial Monitor για να ελέγξετε εάν η σύνδεση ήταν επιτυχής και για να λάβετε ποια IP εκχωρήθηκε στο ESP-8266 από το δρομολογητή σας. Ανοίξτε το αρχείο html σε πρόγραμμα περιήγησης στο Διαδίκτυο (Firefox) και ενημερώστε αυτήν τη διεύθυνση IP στο πλαίσιο κειμένου.

Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε άλλα μέσα για να μάθετε ποια διεύθυνση IP έχετε ορίσει το δρομολογητή στη συσκευή σας.

Αποσυνδέστε το Arduino Uno από τον υπολογιστή σας και συνδέστε το στην τράπεζα τροφοδοσίας. Περιμένετε να συνδεθεί ξανά.

Εκκινήστε την εφαρμογή IP Webcam στο smartphone που είναι προσαρτημένο στο ρομπότ. Πληκτρολογήστε το IP βίντεο/ήχου στη διεπαφή ελέγχου και συνδεθείτε στο διακομιστή και θα είστε έτοιμοι. Σως χρειαστεί να μειώσετε την ανάλυση του βίντεο στην εφαρμογή για να μειώσετε την καθυστέρηση μεταξύ της μετάδοσης.

Κάντε κλικ και κρατήστε πατημένα τα κουμπιά βέλους του πληκτρολογίου σας για να περιστρέψετε το ρομπότ ή να το μετακινήσετε εμπρός/πίσω και να διασκεδάσετε εξερευνώντας το περιβάλλον σας.