Construir un robot de telepresència controlat mitjançant Wifi: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Aquest projecte tracta de construir un robot que pugui interactuar amb un entorn remot i ser controlat des de qualsevol part del món mitjançant Wifi. Aquest és el meu projecte d’enginyeria de darrer any i he après moltes coses sobre electrònica, IoT i programació. Aquest projecte està enfocat a persones amb discapacitats de locomoció, ja que els costa moure’s de manera que un robot de telepresència els pot ajudar fàcilment.

Hi ha 2 sistemes dins del projecte per aconseguir-ho amb èxit. Control de moviment de la mà per moure la mà robòtica i l’aplicació mòbil que controla la base del motor.

A continuació es mostren el document i la presentació de Telepresence V1 per obtenir una comprensió més profunda.

És hora de construir-lo!

Subministraments

Es necessiten moltes eines i components per a aquest projecte. Em va costar uns 1000 AED (270 $), així que assegureu-vos que teniu aquest pressupost. Aquests són els components que necessitareu: -

1. MCU de node x 3
2. Controlador de motor DC L298N x 1
3. Alimentació de 12V x 1
4. LM2596 Regulador de tensió descendent x 1
5. Sensors IMU MPU9250 x 2
6. Servomotors (parell de 10-20 kg) x 4
7. fusta lleugera 1x1m
8. Varetes metàl·liques roscades de 8M 1m x 2
9. Impressora 3D (30x30cm)
10. llenyataire i perforador
11. Cables elèctrics, cables de pont i taulers de connexió
12. Màniga de braç complet
13. Motor de 12 V CC (25 kg.cm) x 2
14. Roda de rodes de 3 polzades x 1
15. Roda de goma de 6cm amb cargol x 2
16. Kit de soldadura

Pas 1: Com funciona?

Aquest és el diagrama de flux de comunicació per fer-vos entendre com els components es comuniquen entre ells. Estem utilitzant la xarxa de transferència de dades anomenada PubNub com a plataforma IoT que pot enviar missatges en temps real en només 0,5 segons. Aquesta és la resposta més ràpida que podem obtenir i això és encara més important en el nostre projecte, ja que farem servir la nostra mà per controlar el braç del robot en temps real.

Tots els Nodemcu s’utilitzen per enviar i rebre dades. Aquí hi ha dos sistemes individuals on Nodemcu al braç envia les dades del sensor de moviment a PubNub i que Nodemcu rep al braç robot. per al moviment de la base, l'aplicació mòbil envia les dades de les coordenades x, y des del joystick i que Nodemcu rep a la base, que pot controlar el motor a través del controlador. Això és tot per ara.

Pas 2: disseny

El disseny anterior us donarà una idea de l’aspecte de l’estructura. Podeu descarregar els fitxers CAD per tenir un aspecte millor. La base del rover està recolzada per 3 rodes on 2 són de motor de corrent continu a la part posterior i una roda rodant al davant. A causa del moviment del braç robòtic, vaig notar una inestabilitat a la base, de manera que podríeu considerar afegir 2 rodes de roda davantera. La base de fusta inferior i superior està recolzada per barres roscades que estan intercalades per femelles. Assegureu-vos que utilitzeu la rosca de bloqueig, ja que la mantindrà estanca permanentment a llarg termini.

Descarregar fitxer font de disseny: disseny de telepresència

Pas 3: Impressió 3D del càlcul del parell i del braç

El braç del robot de telepresència és un disseny senzill en forma de caixa perquè pugui imprimir-se fàcilment en 3D amb la mínima quantitat de filament. La seva longitud és d'aproximadament 40 cm, que és tan llarga com un braç humà. La longitud del braç robòtic es basa en el parell elevat pels servomotors. Podeu trobar el càlcul del parell a la imatge anterior juntament amb les especificacions del servomotor que he utilitzat per poder personalitzar el disseny segons les vostres necessitats. Però eviteu utilitzar el parell màxim del servomotor, ja que això acabarà danyant el motor a la llarga.

Baixeu-vos els fitxers d'impressió 3D que apareixen a continuació, imprimiu-los i continueu avançant.

Pas 4: Fabricació i muntatge de la base

Aquests són els passos que podeu seguir per a la fabricació: -

1. Talleu la vareta metàl·lica roscada al punt mitjà amb la serra
2. Utilitzeu el llenyataire per fer 2 peces de fusta de 40x30cm
3. Traieu els forats necessaris a la base superior i inferior com el dibuix anterior
4. Comenceu a fixar el motor de corrent continu i les rodes de rodes a la base inferior
5. Per fer un forat de rectangle a la base superior, primer feu un forat circular amb la broca i, a continuació, introduïu el llenyataire pel forat i talleu-lo a través de les vores per fer un rectangle.

si us pregunteu per què es col·loca el forat superior dret cap enrere, és perquè no estava segur de si col·locaré el braç robotitzat a la cantonada dreta del centre. Situar-lo al centre va ser una millor opció a causa de l’equilibri de pes.

Pas 5: Muntatge del braç robòtic

El muntatge del braç robòtic requereix una atenció especial. A part del muntatge mecànic, heu d'assegurar-vos que el servomotor estigui en l'angle correcte quan estigui muntat. Seguiu l'esquema anterior per fer-vos una idea sobre quin angle s'ha de fixar el servomotor en tots els motors abans de muntar res a la part superior. Intenteu encertar aquesta peça en cas contrari, acabareu muntant-la de nou.

Utilitzeu la plantilla de codi següent per establir l’angle de servo exacte amb Arduino o Nodemcu. Ja hi ha molta informació sobre això en línia, de manera que no aniré en detall.

#incloure

Servo servo;

int pin =; // col·loqueu el número de pin on hi ha connectat el pin de servo dades a arduino

configuració nul·la () {

servo.attach (pin);

}

bucle buit () {

int angle =; // angle al qual cal establir

servo.write (angle);

}

Pas 6: Circuit del controlador de braços

El muntatge del controlador de braços és senzill de fer. Vaig utilitzar una màniga llarga i vaig connectar els sensors, Nodemcu i taulers de pa amb costura. Assegureu-vos que l'orientació del sensor estigui en la mateixa direcció que la imatge del controlador anterior. Finalment, seguiu l’esquema del circuit i descarregueu el codi següent.

Pas 7: Circuit del robot de telepresència

Seguiu el diagrama del circuit de la mateixa manera. Comproveu de manera creuada els pins de la font d'alimentació que esteu utilitzant per evitar curtcircuits. Estableix el voltatge de sortida del convertidor de buck a 7 V, ja que és el voltatge mitjà de tots els servomotors. L'únic lloc que podeu soldar són els terminals del motor de corrent continu base, ja que consumeix molta corrent, de manera que ha d'estar estret amb un cable elèctric una mica més gruixut. Un cop completat el circuit, més endavant carregareu 'arm_subscriber.ino' a Nodemcu que es connecta amb el braç i 'base.ino' per penjar-lo a la base Nodemcu.

Pas 8: aplicació mòbil

Aquest és el mòbil per controlar la locomoció. Quan moveu el joystick, envia les coordenades X, Y del cercle del joystick a Pubnub i el rep Nodemcu a la base. Aquesta coordenada X, Y es converteix a l’angle i, utilitzant-la, podem trobar en quina direcció anirà el robot. El moviment es fa encenent / apagat i canviant de direcció dels dos motors. Si l'ordre és Endavant, els dos motors avancen a tota velocitat; si es deixa, el motor esquerre es farà enrere i el motor dret avançarà, etc.

la funció anterior es pot fer simplement amb botons també en lloc d'un joystick, però trio el joystick per controlar també la velocitat del motor. Tot i això, el meu pin d'activació no funcionava amb Nodemcu, de manera que vaig deixar aquesta part. He afegit un codi de control de velocitat a base.ino per si de cas com a comentari.

Podeu obtenir el fitxer font.aia a continuació, que es pot editar mitjançant l'inventor d'aplicacions MIT. Haureu de fer una configuració bàsica a l'aplicació que us explicaré al següent pas.

Pas 9: Creeu un compte a Pubnub i obteniu les claus

Ara és hora de fer el pas final que consisteix a configurar la vostra plataforma IoT. Pubnub és el millor perquè la transferència de dades es realitza en temps real i només triga 0,5 segons a transferir-se. A més, podeu enviar un milió de punts de dades al mes, de manera que és la meva plataforma preferida personal.

Aneu a PubNub i creeu el vostre compte. A continuació, aneu als menús d'aplicacions al menú esquerre i feu clic al botó "+ Crea una aplicació nova" a la dreta. Després de posar nom a la vostra aplicació, veureu la imatge superior de la clau de l’editor i del subscriptor. Això és el que farem servir per connectar els dispositius.

Pas 10: afegiu les claus al codi i pengeu-les

Necessitem 4 coses perquè el dispositiu pugui comunicar-se entre si: - pubkey, subkey, canal i wifi.

pubkey & subkey es mantindran iguals a totes les aplicacions per a mòbils i Nodemcu. 2 dispositius que es comuniquen han de tenir el mateix nom de canal. Atès que l'aplicació mòbil i la base es comuniquen de manera que tindrà el mateix nom de canal similar per al controlador i la mà robòtica. Finalment, heu de posar credencials de wifi a cada Nodemcu perquè es pugui connectar al wifi al principi. Ja he afegit el nom del canal, de manera que haureu d'afegir la clau wifi i pub / sub al vostre compte.

Nota: - Nodemcu només es pot connectar amb wifi al qual es pot accedir sense pàgina web com a intermedi. Fins i tot per a la meva presentació final vaig haver d'utilitzar un punt d'accés mòbil ja que el wifi de la universitat era arrossegat.

Pas 11: Conclusió

Si arribeu fins aquí, llavors IMPRESSIONANT! Espero que hagueu guanyat alguna cosa de valor amb aquest article. Aquest projecte té petites limitacions que vull dir-vos abans d’executar-lo. A continuació, en detallem alguns: -

Moviment brusc del braç robòtic: -

Hi ha un moviment sobtat del braç robòtic. Això es deu a 0,5 segons de retard perquè la informació del sensor es transfereixi com a moviment servo. Fins i tot he danyat 2 del servomotor, de manera que no moveu el braç massa ràpidament. Podeu resoldre aquest problema afegint passos intermedis entre el moviment original per crear un moviment suau.

Sense aturar el moviment de la base: -

quan faig que el robot es mogui en una direcció a través d’una aplicació mòbil, el robot continua movent-se en la mateixa direcció fins i tot quan aixeco els dits. Va ser molest, ja que sempre havia d’apagar l’alimentació per aturar el moviment. He inserit el codi de parada a l'aplicació, però encara no ha funcionat. Podria ser un problema a la pròpia aplicació. Potser podeu intentar resoldre’l i fer-m’ho saber.

Sense feed de vídeo: -

Sense que el canal de vídeo provingui d’un robot a un altre, mai no podrem desplegar-nos allunyats de l’usuari. Volia afegir això inicialment, però requeriria més temps i inversions, així que ho vaig deixar.

Podeu portar aquest projecte més enllà resolent el problema anterior. Quan ho feu, feu-m'ho saber. Comiat

Per obtenir més projectes, visiteu el lloc web de la meva cartera

Accèssit al concurs de robòtica