Zostavte robota Telepresence ovládaného prostredníctvom siete Wi -Fi: 11 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Tento projekt je o vybudovaní robota, ktorý môže interagovať so vzdialeným prostredím a ovládať ho z akejkoľvek časti sveta pomocou Wifi. Toto je môj inžiniersky projekt v poslednom roku a napriek tomu som sa veľa naučil o elektronike, IoT a programovaní. Tento projekt je zameraný na ľudí s pohybovým postihnutím, pretože sa ťažko pohybujú, aby im ľahko pomohol telepresenčný robot.

Aby bol projekt úspešný, existujú v ňom 2 systémy. Pohybové ovládanie vašej ruky umožňuje pohyb robotickej ruky a mobilnej aplikácie, ktorá ovláda základňu motora.

Nasleduje dokument a prezentácia Telepresence V1, aby ste získali hlbšie porozumenie.

Čas postaviť to!

Zásoby

Na tento projekt je potrebných veľa nástrojov a komponentov. Stálo ma to asi 1 000 AED (270 dolárov), takže sa uistite, že máte tento rozpočet. Tu sú komponenty, ktoré budete potrebovať:-

1. Uzel MCU x 3
2. Ovládač jednosmerného motora L298N x 1
3. Napájanie 12 V x 1
4. LM2596 Regulátor zníženého napätia x 1
5. Senzory IMU MPU9250 x 2
6. Servomotory (krútiaci moment 10-20 kg) x 4
7. ľahké drevo 1x1m
8. 8M závitové kovové tyče 1 m x 2
9. 3D tlačiareň (30 x 30 cm)
10. drevorubač a vŕtač
11. Elektrické vodiče, prepojovacie káble a nepájivé pole
12. Plný rukáv
13. 12V DC motor (25 kg.cm) x 2
14. 3-palcové koliesko x 1
15. 6 cm gumové koleso so skrutkovým upevnením x 2
16. Spájkovacia súprava

Krok 1: Ako to funguje?

Toto je vývojový diagram komunikácie, aby ste pochopili, ako komponenty navzájom komunikujú. Sieť na prenos údajov s názvom PubNub používame ako platformu IoT, ktorá dokáže odosielať správy v reálnom čase len za 0,5 sekundy! Je to najrýchlejšia odpoveď, akú môžeme dostať, a to je v našom projekte ešte dôležitejšie, pretože rukou budeme ovládať rameno robota v reálnom čase.

Všetky zariadenia Nodemcu slúžia na odosielanie a prijímanie údajov. Sú tu zapojené 2 jednotlivé systémy, kde Nodemcu on arm odosiela údaje zo snímača pohybu do PubNub a ktoré prijíma Nodemcu na robotickom ramene. pre pohyb na základni mobilná aplikácia odosiela údaje o súradniciach x, y z joysticku a tie prijíma Nodemcu na základni, ktorá môže ovládať motor prostredníctvom vodiča. To je zatiaľ všetko.

Krok 2: Dizajn

Vyššie uvedený dizajn vám poskytne predstavu o tom, ako štruktúra vyzerá. Môžete si stiahnuť súbory CAD pre lepší vzhľad. Základňu rovera podopierajú 3 kolesá, z ktorých 2 sú jednosmerné motory vzadu a jedno koliesko vpredu. V dôsledku pohybu robotického ramena som si všimol nestabilitu na základni, takže by ste mohli zvážiť pridanie 2 koliesok vpredu. Spodná a vrchná drevená základňa sú podopreté závitovými tyčami, ktoré sú zovreté maticami. Uistite sa, že používate poistnú maticu, pretože to ju dlhodobo utiahne.

Stiahnite si zdrojový súbor návrhu - Telepresence Design

Krok 3: 3D tlač výpočtu ramena a krútiaceho momentu

Rameno telepresence robota má jednoduchý dizajn v tvare škatule, takže ho možno ľahko vytlačiť na 3D papier s minimálnym množstvom vlákna. Jeho dĺžka je asi 40 cm a je dlhá ako ľudská ruka. Dĺžka robotického ramena je založená na krútiacom momente zdvihnutom servomotormi. Výpočet krútiaceho momentu nájdete na vyššie uvedenom obrázku spolu so špecifikáciami servomotora, ktorý som použil, aby ste si mohli prispôsobiť dizajn svojim potrebám. Vyhnite sa však použitiu maximálneho krútiaceho momentu servomotora, pretože to v konečnom dôsledku poškodí motor z dlhodobého hľadiska.

Stiahnite si nižšie uvedené súbory 3D tlače, vytlačte ich a pokračujte vpred.

Krok 4: Výroba a montáž základne

Pri výrobe môžete postupovať podľa týchto pokynov:-

1. Odrežte kovovú tyč so závitom v strede pomocou píly
2. Z drevorubača vyrobte 2 kusy dreva s rozmermi 40 x 30 cm
3. Vyvŕtajte potrebné otvory v hornej a spodnej časti základne ako na vyššie uvedenom obrázku
4. Začnite pripevňovať jednosmerný motor a kolieska na spodnej časti
5. Ak chcete na vrchnej základni vytvoriť obdĺžnikový otvor, najskôr urobte kruhový otvor pomocou vŕtačky a potom do neho vložte drevorubač a orežte ho cez okraje, aby ste získali obdĺžnik.

Ak sa zaujímate, prečo je pravý horný otvor umiestnený dozadu, je to preto, že som si nebol istý, či umiestnim robotické rameno do pravého rohu v strede. Umiestnenie do stredu bolo lepšou voľbou kvôli vyváženiu hmotnosti.

Krok 5: Zostavenie robotického ramena

Zostavenie robotického ramena vyžaduje osobitnú pozornosť. Okrem mechanickej montáže sa musíte uistiť, že servomotor je pri montáži v správnom uhle. Postupujte podľa vyššie uvedeného diagramu, aby ste získali predstavu o tom, aký uhol má servomotor nastaviť na všetkých motoroch, než začnete čokoľvek montovať navrch. Skúste túto časť uviesť na správnu mieru, inak ju znova zložíte.

Pomocou nižšie uvedenej šablóny kódu nastavte presný uhol serva pomocou Arduino alebo Nodemcu. Na internete je o tom už veľa informácií, takže nejdem podrobne.

#zahrnúť

Servo servo;

int pin =; // na arduino vložte číslo PINu, kde je pripojený pin servo dát

neplatné nastavenie () {

servo.attach (kolík);

}

prázdna slučka () {

int uhol =; // uhol, pod ktorým musíte nastaviť

servo.write (uhol);

}

Krok 6: Obvod ovládača ramena

Montáž ovládača ramena je jednoduchá. Použil som dlhý rukáv a šitím som pripevnil senzory, Nodemcu & breadboard. Uistite sa, že orientácia senzora je v rovnakom smere ako na obrázku vyššie na ovládači. Nakoniec postupujte podľa schémy zapojenia a stiahnite si kód nižšie.

Krok 7: Okruh robota telepresence

Rovnakým spôsobom postupujte podľa schémy zapojenia. Krížovo skontrolujte vývody napájania, ktoré používate, aby ste predišli skratom. Nastavte výstupné napätie prevodníka dolára na 7 V, pretože to je priemerné napätie všetkých servomotorov. Jediné miesto, ktoré by ste mohli spájkovať, sú svorky základného jednosmerného motora, pretože spotrebúva veľa prúdu, takže musí byť tesné o niečo hrubším elektrickým vodičom. Akonáhle je okruh dokončený, neskôr nahráte súbor „arm_subscriber.ino“do systému Nodemcu, ktorý sa spojí s ramenom, a súbor „base.ino“, ktorý sa má nahrať na základňu Nodemcu.

Krok 8: Mobilná aplikácia

Toto je mobil na ovládanie pohybu. Keď pohnete joystickom, pošle súradnice X, Y v kruhu joysticku do Pubnubu a prijme ho Nodemcu na základni. Táto súradnica X, Y je prevedená na uhol a pomocou nej môžeme zistiť, akým smerom sa robot bude uberať. Pohyb sa vykonáva zapnutím/vypnutím a zmenou smeru oboch motorov. Ak je príkaz Vpred, oba motory idú dopredu plnou rýchlosťou, ak sú vľavo, ľavý motor pôjde dozadu a pravý motor dopredu a tak ďalej.

vyššie uvedenú funkciu je možné jednoducho vykonať pomocou tlačidiel aj namiesto joysticku, ale na ovládanie otáčok motora používam aj joystick. Môj aktivačný pin však nefungoval s Nodemcu, takže som túto časť opustil. Pridal som kód riadenia rýchlosti do base.ino len pre prípad ako komentár.

Nižšie nájdete zdrojový súbor.aia, ktorý je možné upravovať pomocou aplikácie MIT inventor. V aplikácii budete musieť vykonať základnú konfiguráciu, ktorú poviem v nasledujúcom kroku.

Krok 9: Vytvorte si účet na Pubnub a získajte kľúče

Teraz je čas urobiť posledný krok, ktorým je konfigurácia platformy IoT. Pubnub je najlepší, pretože prenos údajov prebieha v reálnom čase a prenos trvá iba 0,5 sekundy. Navyše môžete mesačne odosielať 1 milión dátových bodov, takže je to moja osobná obľúbená platforma.

Prejdite na PubNub a vytvorte si účet. Potom v ľavej ponuke prejdite na ponuky Aplikácie a vpravo kliknite na tlačidlo „+Vytvoriť novú aplikáciu“. Po pomenovaní aplikácie sa vám zobrazí vyššie uvedený obrázok kľúča vydavateľa a predplatiteľa. To budeme používať na pripojenie zariadení.

Krok 10: Pridajte kľúče do kódu a nahrajte ich

Aby zariadenie mohlo medzi sebou komunikovať, potrebujeme 4 veci:- pubkey, podkľúč, kanál a wifi.

pubkey a podkľúč zostanú rovnaké vo všetkých aplikáciách Nodemcu a mobilných aplikáciách. 2 zariadenia, ktoré navzájom komunikujú, by mali mať rovnaký názov kanála. Pretože mobilná aplikácia a základňa komunikujú, bude mať rovnaký názov kanála podobný pre ovládač a robotickú ruku. Nakoniec musíte na každý Nodemcu vložiť poverenia pre wifi, aby sa mohol na začiatku pripojiť k wifi. Už som pridal názov kanála, takže z vášho účtu budete musieť pridať kľúč wifi a pub/sub.

Poznámka:- Nodemcu sa môže pripojiť iba k sieti Wi-Fi, ku ktorej je možné pristupovať bez sprostredkovania ako webovej stránky. Dokonca aj pre svoju záverečnú prezentáciu som musel použiť mobilný hotspot, pretože univerzitné wifi bolo ťahanie.

Krok 11: Záver

Ak ste sa dostali až sem, potom ÚŽASNÉ! Dúfam, že ste týmto článkom získali niečo cenné. Tento projekt má malé obmedzenia, ktoré vám chcem povedať skôr, ako ho spustíte. Tu je niekoľko nižšie:-

Náhly pohyb robotického ramena:-

Existuje veľký náhly pohyb robotického ramena. Dôvodom je 0,5 -sekundové oneskorenie, keď sa informácie zo senzora prenesú ako pohyb serva. Dokonca som poškodil 2 servomotora, takže nepohybujte rukou príliš rýchlo. Tento problém môžete vyriešiť pridaním medzikrokov medzi pôvodný pohyb, aby ste vytvorili plynulý pohyb.

Žiadne zastavenie pohybu základne:-

keď robota pohybujem jedným smerom prostredníctvom mobilnej aplikácie, robot sa pohybuje rovnakým smerom, aj keď zdvihnem prsty. Bolo to nepríjemné, pretože som vždy musel vypnúť napájanie, aby som zastavil pohyb. Vložil som do aplikácie kód na zastavenie, ale stále nefungoval. V samotnej aplikácii to môže byť problém. Možno to môžeš skúsiť vyriešiť a daj mi vedieť.

Žiadny video kanál:-

Bez prenosu videa z robota na osobu sa nikdy nemôžeme nasadiť ďaleko od používateľa. Pôvodne som to chcel pridať, ale bude to vyžadovať viac času a investícií, takže som to nechal.

Vy, chlapi, môžete tento projekt posunúť ďalej vyriešením vyššie uvedeného problému. Keď to urobíte, dajte mi potom vedieť. Rozlúčka

Pre viac projektov navštívte môj portfóliový web

Druhý v súťaži o robotiku