Bygg en telepresence -robot kontrollert gjennom Wifi: 11 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Dette prosjektet handler om å bygge en robot som kan samhandle med et eksternt miljø og bli kontrollert fra hvilken som helst del av verden ved hjelp av Wifi. Dette er mitt siste års ingeniørprosjekt, og jeg lærte mye om elektronikk, IoT og programmering. Dette prosjektet er fokusert på mennesker med bevegelseshemninger siden de har vanskelig for å bevege seg rundt, så en telepresence -robot kan hjelpe dem enkelt.

Det er to systemer i prosjektet for å gjøre det vellykket. Bevegelseskontroll av hånden din for å flytte robothånden og mobilappen som styrer motorens base.

Nedenfor er dokumentet og presentasjonen av Telepresence V1, slik at du får en mer grundig forståelse.

På tide å bygge den!

Rekvisita

Mange verktøy og komponenter er nødvendige for dette prosjektet. Det kostet meg rundt 1000 AED (270 $), så sørg for at du har det budsjettet. Her er komponentene du trenger:-

1. Node MCU x 3
2. L298N DC motor driver x 1
3. 12V Strømforsyning x 1
4. LM2596 Step-Down Spenningsregulator x 1
5. MPU9250 IMU -sensorer x 2
6. Servomotorer (10-20 kg dreiemoment) x 4
7. lett tre 1x1m
8. 8M gjengede metallstenger 1m x 2
9. 3D -skriver (30x30cm)
10. vedhugger og boremaskin
11. Elektriske ledninger, hoppetråder og brødbrett
12. Full arm erme
13. 12V likestrømsmotor (25kg.cm) x 2
14. 3-tommers hjul x 1
15. 6 cm gummihjul med skruefeste x 2
16. Loddesett

Trinn 1: Hvordan fungerer det?

Dette er kommunikasjonsflytdiagrammet for å få deg til å forstå hvordan komponenter kommuniserer med hverandre. Vi bruker Data Transfer Network kalt PubNub som en IoT-plattform som kan sende meldinger i sanntid på bare 0,5 sekunder! Det er den raskeste responsen vi kan få, og dette er enda viktigere i prosjektet vårt siden vi skal bruke hånden til å kontrollere robotens arm i sanntid.

Alle Nodemcu -er brukes til å sende og motta data. Det er to individuelle systemer involvert her hvor Nodemcu på armen sender bevegelsessensordata til PubNub, og som mottas av Nodemcu på robotarmen. for basisbevegelse sender mobilappen dataene for x, y -koordinat fra styrespaken, og den mottas av Nodemcu på basen som kan styre motoren gjennom føreren. Det er alt for nå.

Trinn 2: Design

Designet ovenfor gir deg en ide om hvordan strukturen ser ut. Du kan laste ned cad -filene for å se bedre ut. Roverens base støttes av 3 hjul hvor 2 er likestrømsmotor bak og ett hjul foran. På grunn av bevegelse av robotarmen, la jeg merke til ustabilitet på basen, så du kan vurdere å legge til 2 hjul foran. Bunn og topp trebunn støttes av gjengede stenger som er klemt med muttere. Pass på at du bruker låsemutter siden det vil gjøre den stram permanent på lang sikt.

Last ned Design Source File - Telepresence Design

Trinn 3: 3D -utskrift av arm- og dreiemomentberegning

Armen til telepresence -roboten er en enkel design i boksens form, slik at den enkelt kan skrives ut i 3d med minimum mengde filament. Lengden er omtrent 40 cm, som er like lang som en menneskelig arm. Lengden på robotarmen er basert på dreiemomentet som løftes av servomotorene. Du kan finne dreiemomentberegningen på bildet ovenfor sammen med spesifikasjonene til servomotoren som jeg brukte, slik at du kan tilpasse designet til dine behov. Men unngå å bruke det maksimale dreiemomentet til servomotoren siden det vil ende med å skade motoren på sikt.

Last ned 3D -utskriftsfiler nedenfor, skriv dem ut og fortsett fremover.

Trinn 4: Fremstilling og montering av basen

Her er trinnene du kan følge for fremstilling:-

1. Klipp av den gjengede metallstangen midt på sagen
2. Bruk trehugger til å lage 2 trebiter på 40x30cm
3. Bor de nødvendige hullene øverst og nederst som på tegningen ovenfor
4. Begynn å feste DC -motoren og hjulene på bunnen
5. For å lage et rektangelhull på den øverste sokkelen, må du først lage et sirkulært hull med boret og deretter sette vedkutter gjennom hullet og trimme det over kantene for å lage et rektangel.

hvis du lurer på hvorfor høyre topphull er plassert bakover, så er det fordi jeg ikke var sikker på om jeg vil plassere robotarmen i høyre hjørne på midten. Å plassere den i midten var et bedre valg på grunn av vektbalansen.

Trinn 5: Montering av robotarm

Montering av robotarm krever spesiell oppmerksomhet. Annet enn mekanisk montering, må du sørge for at servomotoren er i riktig vinkel når den er satt sammen. Følg diagrammet ovenfor for å gi deg en ide om hvilken vinkel servomotoren skal settes på alle motorene før du monterer noe på toppen. Prøv å få denne delen riktig ellers vil du ende opp med å sette den sammen igjen.

Bruk kodemalen nedenfor for å angi den eksakte servovinkelen ved hjelp av Arduino eller Nodemcu. Det er allerede mye informasjon om dette på nettet, så jeg vil ikke gå i detalj.

#inkludere

Servo servo;

int pin =; // legg inn pin -nummeret der servodatapinnen er festet på arduino

ugyldig oppsett () {

servo. fest (pin);

}

void loop () {

int vinkel =; // vinkelen du må angi

servo.write (vinkel);

}

Trinn 6: Krets av armkontroller

Armkontrollmontering er enkel å gjøre. Jeg brukte en lang erme og festet sensorene, Nodemcu og brødbrett med sying. Sørg for at sensorens retning er i samme retning som kontrollerbildet ovenfor. Til slutt følger du kretsdiagrammet og laster ned koden nedenfor.

Trinn 7: Circuit of Telepresence Robot

Følg kretsdiagrammet på samme måte. Kontroller pinoutene for strømforsyningen du bruker for å unngå kortslutning. Sett bukkonverterens utgangsspenning til 7V siden det er gjennomsnittsspenningen for alle servomotorer. Det eneste stedet du kan lodde er terminalene på DC -basismotoren siden den bruker mye strøm, så den må være tett med litt tykkere elektrisk ledning. Når kretsen er fullført, vil du senere laste opp 'arm_subscriber.ino' til Nodemcu som kobles til arm og 'base.ino' som skal lastes opp til basen Nodemcu.

Trinn 8: Mobilapp

Dette er mobilen for å kontrollere bevegelsen. Når du flytter styrespaken, sender den X, Y -koordinatene på styrespaken til Pubnub og mottatt av Nodemcu ved basen. Denne X, Y -koordinaten konverteres til vinkelen, og ved hjelp av den kan vi finne hvilken retning roboten vil gå. Bevegelse utføres ved å slå på/av og retningsendring av de to motorene. Hvis kommandoen er Forward så går begge motorene fremover med full hastighet, hvis venstre så går venstre motor bakover og høyre motor går fremover og så videre.

Funksjonen ovenfor kan ganske enkelt gjøres med knapper også i stedet for en joystick, men jeg velger joystick for å kontrollere motorens hastighet også. Imidlertid fungerte aktiveringsnålen min ikke med Nodemcu, så jeg forlot den delen. Jeg har lagt til en hastighetskode i base.ino for sikkerhets skyld som en kommentar.

Du kan få kildefilen.aia nedenfor som kan redigeres ved hjelp av MIT app inventor. Du må gjøre en grunnleggende konfigurasjon i appen som jeg vil fortelle i neste trinn.

Trinn 9: Opprett konto på Pubnub & Get the Keys

Nå er det på tide å gjøre det siste trinnet som er å konfigurere din IoT -plattform. Pubnub er den beste fordi dataoverføring skjer i sanntid og tar bare 0,5 sekunder å overføre. Videre kan du sende 1 million datapunkter per måned, så det er min personlige favorittplattform.

Gå til PubNub og opprett kontoen din. Gå deretter til Apps -menyene i menyen til venstre og klikk på knappen "+Opprett ny app" til høyre. Etter at du har navngitt appen din, vil du se bildet ovenfor av utgiveren og abonnentnøkkelen. Det er det vi skal bruke til å koble til enhetene.

Trinn 10: Legg til tastene i koden og last opp

Vi trenger 4 ting slik at enheten kan kommunisere med hverandre:- pubkey, subkey, channel & wifi.

pubkey & subkey vil forbli den samme på alle Nodemcu- og mobilappen. 2 enheter som kommuniserer hverandre bør ha samme kanalnavn. Siden mobilappen og basen kommuniserer slik at det samme kanalnavnet ligner på kontroller og robothånd. Til slutt må du sette wifi -legitimasjon på hver Nodemcu slik at den kan koble til wifi i begynnelsen. Jeg har allerede lagt til kanalnavnet, så wifi og pub/sub -nøkkel er det du må legge til fra kontoen din.

Merk:- Nodemcu kan bare koble til med wifi som kan nås uten nettside som mellomliggende. Selv for min siste presentasjon måtte jeg bruke mobil hotspot siden universitetets wifi var dra.

Trinn 11: Konklusjon

Hvis du nådde frem til her, så fantastisk! Jeg håper at du fikk noe av verdi fra denne artikkelen. Dette prosjektet har små begrensninger som jeg vil fortelle deg før du utfører det. Her er noen nedenfor:-

Plutselig bevegelse av robotarm:-

Det er mye plutselig bevegelse av robotarmen. Dette er på grunn av 0,5 sekunders forsinkelse for sensorinformasjonen for å bli overført som en servobevegelse. Jeg skadet til og med 2 av servomotoren, så ikke beveg armen for raskt. Du kan løse dette problemet ved å legge til mellomliggende trinn mellom den originale bevegelsen for å skape jevn bevegelse.

Ingen stopp av basebevegelsen:-

Når jeg får roboten til å bevege seg i en retning gjennom en mobilapp, fortsetter roboten å bevege seg i samme retning, selv når jeg løfter fingrene. Dette var irriterende siden jeg alltid måtte slå av strømmen for å stoppe bevegelsen. Jeg satte inn stoppkoden i appen, men den fungerte fortsatt ikke. Det kan være et problem i selve appen. Kanskje du kan prøve å løse det og gi meg beskjed.

Ingen videofeed:-

Uten at videofeedet kommer fra robot til person, kan vi aldri distribuere langt borte fra brukeren. Jeg ønsket å legge til dette i utgangspunktet, men ville kreve mer tid og investeringer, så forlot det.

Dere kan ta dette prosjektet videre ved å løse problemet ovenfor. Gi meg beskjed når du gjør det. Farvel

For flere prosjekter, besøk porteføljens nettsted

Runner Up i Robotics Contest