Chế tạo một Robot điều khiển bằng điện thoại qua Wi-Fi: 11 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Dự án này nói về việc xây dựng một robot có thể tương tác với môi trường từ xa và được điều khiển từ bất kỳ nơi nào trên thế giới bằng Wifi. Đây là dự án kỹ thuật năm cuối của tôi và tôi đã học được rất nhiều về điện tử, IoT và lập trình. Dự án này tập trung vào những người bị khuyết tật vận động vì họ gặp khó khăn trong việc di chuyển để có thể hỗ trợ họ một cách dễ dàng.

Có 2 hệ thống trong dự án để làm cho nó thành công. Điều khiển chuyển động của bàn tay của bạn để di chuyển bàn tay robot và ứng dụng di động điều khiển phần đế của động cơ.

Dưới đây là tài liệu và cách trình bày của Telepresence V1 để các bạn hiểu sâu hơn.

Đã đến lúc xây dựng nó!

Quân nhu

Rất nhiều công cụ và thành phần cần thiết cho dự án này. Tôi mất khoảng 1000 AED (270 đô la) vì vậy hãy đảm bảo rằng bạn có ngân sách đó. Dưới đây là các thành phần bạn sẽ cần: -

1. Nút MCU x 3
2. Trình điều khiển động cơ DC L298N x 1
3. Nguồn điện 12V x 1
4. Bộ điều chỉnh điện áp bước xuống LM2596 x 1
5. Cảm biến IMU MPU9250 x 2
6. Động cơ Servo (Mô-men xoắn 10-20kg) x 4
7. gỗ nhẹ 1x1m
8. 8M thanh kim loại ren 1m x 2
9. Máy in 3D (30x30cm)
10. tiều phu và thợ khoan
11. Dây điện, dây jumper và breadboard
12. Tay áo đầy đủ
13. Động cơ DC 12V (25kg.cm) x 2
14. Bánh xe 3 inch x 1
15. Bánh xe cao su 6cm có gắn vít x 2
16. Bộ hàn

Bước 1: Cách thức hoạt động?

Đây là biểu đồ luồng giao tiếp để giúp bạn hiểu cách các thành phần đang giao tiếp với nhau. Chúng tôi đang sử dụng Mạng truyền dữ liệu có tên PubNub làm nền tảng IoT có thể gửi tin nhắn thời gian thực chỉ trong 0,5 giây! Đó là phản hồi nhanh nhất mà chúng tôi có thể nhận được và điều này thậm chí còn quan trọng hơn trong dự án của chúng tôi vì chúng tôi sẽ sử dụng bàn tay của mình để điều khiển cánh tay của robot trong thời gian thực.

Tất cả các Nodemcu đều được sử dụng để gửi và nhận dữ liệu. Có 2 hệ thống riêng lẻ liên quan ở đây trong đó Nodemcu trên cánh tay gửi dữ liệu cảm biến chuyển động đến PubNub và dữ liệu đó được Nodemcu trên cánh tay robot nhận. đối với chuyển động cơ bản, ứng dụng dành cho thiết bị di động sẽ gửi dữ liệu cho tọa độ x, y từ cần điều khiển và dữ liệu đó được Nodemcu nhận trên đế có thể điều khiển động cơ thông qua trình điều khiển. Đó là tất cả cho bây giờ.

Bước 2: Thiết kế

Thiết kế trên sẽ cung cấp cho bạn một ý tưởng về cấu trúc trông như thế nào. Bạn có thể tải về các file cad để có cái nhìn rõ hơn. Đế của rover được hỗ trợ bởi 3 bánh xe, trong đó 2 bánh xe là động cơ DC ở phía sau và một bánh xe ở phía trước. Do chuyển động của cánh tay rô bốt, tôi nhận thấy sự không ổn định ở chân đế nên bạn có thể cân nhắc thêm 2 bánh xe đẩy phía trước. Đế gỗ dưới cùng và trên cùng được hỗ trợ bởi các thanh ren được kẹp bởi các đai ốc. Hãy chắc chắn rằng bạn sử dụng đai ốc khóa vì điều đó sẽ làm cho nó chặt chẽ vĩnh viễn trong thời gian dài.

Tải xuống Tệp Nguồn Thiết kế - Thiết kế Telepresence

Bước 3: In 3D tính toán cánh tay và mô-men xoắn

Cánh tay của robot dịch chuyển tức thời là một thiết kế đơn giản trong hình hộp để nó có thể được in 3d dễ dàng với số lượng sợi tối thiểu. Chiều dài của nó khoảng 40cm, dài bằng cánh tay người. Chiều dài của cánh tay robot dựa trên mô-men xoắn được nâng bởi động cơ servo. Bạn có thể tìm thấy tính toán mô-men xoắn trên hình ảnh trên cùng với thông số kỹ thuật của động cơ servo mà tôi đã sử dụng để bạn có thể tùy chỉnh thiết kế theo nhu cầu của mình. Nhưng tránh sử dụng mô-men xoắn cực đại của động cơ servo vì điều đó sẽ làm hỏng động cơ về lâu dài.

Tải xuống các tệp In 3D bên dưới, in nó và tiếp tục tiến về phía trước.

Bước 4: Chế tạo và lắp ráp đế

Dưới đây là các bước bạn có thể làm để chế tạo: -

1. Cắt thanh kim loại có ren ở điểm giữa bằng cưa
2. Sử dụng tiều phu để làm 2 miếng gỗ 40x30cm
3. Khoan các lỗ cần thiết ở đế trên và dưới như hình vẽ trên
4. Bắt đầu gắn động cơ DC & bánh xe vào đế dưới cùng
5. Để tạo một lỗ hình chữ nhật trên đế trên cùng, trước tiên hãy tạo một lỗ hình tròn bằng máy khoan và sau đó đưa tiều phu vào qua lỗ và cắt nó theo các cạnh để tạo thành hình chữ nhật.

nếu bạn đang thắc mắc tại sao lỗ trên cùng bên phải lại được đặt lùi về phía sau, thì đó là vì tôi không chắc liệu mình có đặt cánh tay robot ở góc bên phải ở tâm hay không. Đặt nó ở trung tâm là một lựa chọn tốt hơn do cân bằng trọng lượng.

Bước 5: Lắp ráp cánh tay robot

Việc lắp ráp Cánh tay robot đòi hỏi sự chú ý đặc biệt. Khác với lắp ráp cơ khí, bạn phải đảm bảo rằng mô tơ servo ở đúng góc khi lắp ráp. Làm theo sơ đồ trên để cho bạn ý tưởng về góc đặt động cơ servo trên tất cả các động cơ trước khi lắp ráp bất kỳ thứ gì lên trên. Cố gắng làm đúng phần này nếu không bạn sẽ phải lắp ráp lại nó một lần nữa.

Sử dụng mẫu mã bên dưới để đặt góc servo chính xác bằng Arduino hoặc Nodemcu. Đã có rất nhiều thông tin về điều này trực tuyến nên tôi sẽ không đi chi tiết.

#bao gồm

Servo servo;

int pin =; // đặt số pin nơi gắn chân dữ liệu servo trên arduino

void setup () {

servo.attach (pin);

}

void loop () {

góc int =; // góc mà bạn cần đặt

servo.write (góc);

}

Bước 6: Mạch điều khiển cánh tay

Lắp ráp bộ điều khiển cánh tay rất đơn giản để làm. Tôi đã sử dụng một ống tay dài và gắn các cảm biến, Nodemcu & breadboard với may. Đảm bảo rằng hướng của cảm biến cùng hướng với hình ảnh bộ điều khiển ở trên. Cuối cùng, hãy làm theo sơ đồ mạch và tải xuống mã bên dưới.

Bước 7: Mạch của Robot dịch chuyển

Thực hiện theo sơ đồ mạch theo cách tương tự. Kiểm tra kỹ các sơ đồ chân của nguồn điện bạn đang sử dụng để tránh đoản mạch. Đặt điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi buck thành 7V vì đó là điện áp trung bình của tất cả các động cơ servo. Nơi duy nhất mà bạn có thể hàn là các đầu cuối của động cơ DC cơ bản vì nó tiêu thụ rất nhiều dòng điện nên cần phải chặt với dây điện dày hơn một chút. Khi mạch hoàn tất, sau này bạn sẽ tải 'arm_subscriber.ino' lên Nodemcu kết nối với arm và 'base.ino' sẽ được tải lên trên Nodemcu cơ sở.

Bước 8: Ứng dụng di động

Đây là di động để điều khiển chuyển động. Khi bạn di chuyển cần điều khiển, nó sẽ gửi tọa độ X, Y trên vòng tròn của cần điều khiển đến Pubnub và được Nodemcu nhận ở chân đế. Tọa độ X, Y này được chuyển đổi thành góc và sử dụng nó, chúng ta có thể tìm ra hướng mà robot sẽ đi. Chuyển động được thực hiện bằng cách bật / tắt và thay đổi hướng của hai động cơ. Nếu lệnh là Chuyển tiếp thì cả hai động cơ sẽ chuyển tiếp với tốc độ tối đa, nếu trái thì động cơ bên trái sẽ đi ngược lại và động cơ bên phải sẽ tiến lên và cứ tiếp tục như vậy.

chức năng trên có thể được thực hiện đơn giản với các nút cũng thay vì cần điều khiển nhưng tôi chọn cần điều khiển để điều khiển tốc độ của động cơ. Tuy nhiên, ghim kích hoạt của tôi không hoạt động với Nodemcu vì vậy tôi đã rời khỏi phần đó. Tôi đã thêm mã điều khiển tốc độ trong base.ino chỉ trong trường hợp như một nhận xét.

Bạn có thể lấy tệp nguồn.aia dưới đây, tệp này có thể được chỉnh sửa bằng cách sử dụng trình phát minh ứng dụng MIT. Bạn sẽ phải thực hiện một cấu hình cơ bản trong ứng dụng mà tôi sẽ nói trong bước tiếp theo.

Bước 9: Tạo tài khoản trên Pubnub và lấy chìa khóa

Bây giờ đã đến lúc thực hiện bước cuối cùng là định cấu hình nền tảng IoT của bạn. Pubnub là tốt nhất vì truyền dữ liệu diễn ra trong thời gian thực và chỉ mất 0,5 giây để truyền. Hơn nữa, bạn có thể gửi 1 triệu điểm dữ liệu mỗi tháng nên nó là nền tảng yêu thích của cá nhân tôi.

Truy cập PubNub và tạo tài khoản của bạn. Sau đó, chuyển đến menu Ứng dụng ở menu bên trái và nhấp vào nút có tên "+ Tạo ứng dụng mới" ở bên phải. Sau khi đặt tên cho ứng dụng của mình, bạn sẽ thấy hình ảnh bên trên của nhà xuất bản và khóa người đăng ký. Đó là những gì chúng tôi sẽ sử dụng để kết nối các thiết bị.

Bước 10: Thêm khóa vào mã và tải lên

Chúng ta cần 4 thứ để thiết bị có thể giao tiếp với nhau: - pubkey, subkey, channel & wifi.

pubkey & subkey sẽ vẫn giữ nguyên trên tất cả Nodemcu và ứng dụng dành cho thiết bị di động. 2 thiết bị giao tiếp với nhau phải có cùng tên kênh. Vì ứng dụng dành cho thiết bị di động và cơ sở đang giao tiếp nên sẽ có cùng tên kênh tương tự cho bộ điều khiển và bàn tay robot. Cuối cùng, bạn phải đặt thông tin đăng nhập wifi trên mỗi Nodemcu để nó có thể kết nối với wifi trong thời gian đầu. Tôi đã thêm tên kênh nên wifi và pub / sub key là những thứ bạn sẽ phải thêm từ tài khoản của mình.

Lưu ý: - Nodemcu chỉ kết nối được với wifi mà không cần trang web làm trung gian. Ngay cả đối với bài thuyết trình cuối cùng của mình, tôi đã phải sử dụng điểm phát sóng di động vì wifi trường đại học bị kéo.

Bước 11: Kết luận

Nếu bạn đạt đến đây thì TUYỆT VỜI! Tôi hy vọng rằng bạn đã đạt được điều gì đó có giá trị từ bài viết này. Dự án này có những hạn chế nhỏ mà tôi muốn nói với bạn trước khi bạn thực hiện nó. Dưới đây là một số bên dưới: -

Chuyển động đột ngột của cánh tay rô bốt: -

Có rất nhiều chuyển động đột ngột của cánh tay robot. Điều này là do độ trễ 0,5 giây để thông tin cảm biến được truyền dưới dạng chuyển động của servo. Tôi thậm chí đã làm hỏng 2 động cơ servo nên đừng di chuyển cánh tay của bạn quá nhanh. Bạn có thể giải quyết vấn đề này bằng cách thêm các bước trung gian giữa chuyển động ban đầu để tạo chuyển động trơn tru.

Không dừng chuyển động cơ sở: -

khi tôi làm cho rô bốt di chuyển theo một hướng thông qua ứng dụng dành cho thiết bị di động, rô bốt sẽ tiếp tục di chuyển theo cùng một hướng ngay cả khi tôi nhấc ngón tay lên. Điều này thật khó chịu vì tôi luôn phải tắt nguồn để dừng chuyển động. Tôi đã chèn mã dừng vào ứng dụng nhưng nó vẫn không hoạt động. Nó có thể là một vấn đề trong chính ứng dụng. Có lẽ bạn có thể cố gắng giải quyết nó và cho tôi biết.

Không có nguồn cấp video: -

Nếu không có nguồn cấp dữ liệu video từ rô bốt đến người, chúng tôi không bao giờ có thể triển khai từ xa người dùng. Ban đầu tôi muốn thêm cái này nhưng sẽ cần nhiều thời gian và đầu tư hơn nên đã bỏ nó đi.

Các bạn có thể đưa dự án này đi xa hơn bằng cách giải quyết vấn đề trên. Khi nào bạn làm vậy hãy cho tôi biết. Tạm biệt

Để biết thêm các dự án, hãy truy cập trang web danh mục đầu tư của tôi

Về nhì trong cuộc thi người máy