Veículo robótico autônomo para iniciantes com prevenção de colisão: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Olá! Bem-vindo ao meu Instructable para iniciantes sobre como fazer seu próprio veículo robótico autônomo com prevenção de colisão e navegação GPS. Acima está um vídeo do YouTube demonstrando o robô. É um modelo para demonstrar como funciona um verdadeiro veículo autônomo. Observe que meu robô provavelmente terá uma aparência diferente de seu produto final.

Para esta construção, você precisará de:

- Kit funcional robótico OSEPP (inclui parafusos, chaves de fenda, cabos, etc.) ($ 98,98)

- Arduino Mega 2560 Rev3 ($ 40,30)

- Bússola digital HMC5883L ($ 6,99)

- Sensor Ultrassônico HC-SR04 ($ 3,95)

- NEO-6M GPS e antena ($ 12,99)

- Módulo Bluetooth HC-05 ($ 7,99)

- Cabo USB Mini B (você pode tê-lo por perto) ($ 5,02)

- Um smartphone Android

- Seis pilhas AA, 1,5 Volts cada

- Qualquer material não magnético semelhante a uma haste (como alumínio) que você gostaria de reciclar

- Fita dupla face

- Uma broca de mão

Etapa 1: montagem do chassi e mobilidade do robô

Explicação: Não é um veículo se não se mover! O veículo robótico mais básico requer rodas, motores e um chassi (ou o "corpo" do robô). Em vez de adquirir cada uma dessas peças separadamente, sugiro a compra de um kit para um veículo robótico inicial. Para o meu projeto, usei o OSEPP Robotic Functional Kit porque ele veio com uma infinidade de peças e ferramentas disponíveis, e achei que uma configuração de tanque era melhor para a estabilidade do robô, além de simplificar nossa programação exigindo apenas dois motores.

Procedimento: Não seria útil para você se eu simplesmente repetisse o manual de montagem, que você pode encontrar aqui (você também tem a opção de configuração de tanque triangular). Aconselho apenas manter todos os cabos o mais próximo possível do robô e longe do solo ou das rodas, principalmente para os cabos dos motores.

Se você quiser uma opção econômica em vez de comprar um kit caro, também pode reciclar um carro RC antigo e funcional e usar os motores, rodas e chassis desse, mas não tenho certeza se o Arduino e seu código são compatíveis com aqueles partes particulares. É uma aposta melhor escolher o kit da OSEPP.

Etapa 2: incorporando o Arduino

Explicação: Como este é um guia para iniciantes, gostaria de explicar rapidamente o que é o Arduino para qualquer leitor que não esteja familiarizado com seu uso em eletrônica. Um Arduino é um tipo de microcontrolador, o que significa que ele faz exatamente isso - controlar o robô. Você pode escrever instruções em código em seu computador que serão traduzidas para uma linguagem que o Arduino possa entender, então você pode carregar essas instruções no Arduino, e o Arduino começará imediatamente a tentar executar essas instruções quando for ligado. O Arduino mais comum é o Arduino Uno, que está incluído no kit OSEPP, mas você precisará do Arduino Mega para este projeto porque este é um projeto de escala maior do que o Arduino Uno é capaz. Você pode usar o Arduino Uno do kit para outros projetos divertidos.

Procedimento: O Arduino pode ser conectado ao robô usando laços zip ou aparafusando espaçadores na base do robô.

Gostaríamos que o Arduino controlasse os motores do nosso robô, mas os motores não podem se conectar ao Arduino diretamente. Portanto, precisamos prender a blindagem do motor (que veio do nosso kit) em cima do Arduino para poder formar uma conexão com os cabos do motor e o Arduino. Os pinos vindos da parte inferior da blindagem do motor devem se encaixar nos "orifícios" do Arduino Mega. Os cabos que se estendem dos motores se encaixam em ranhuras na blindagem do motor, como na imagem acima. Essas ranhuras são abertas e fechadas girando uma chave de fenda em um recuo em forma de + na parte superior da ranhura.

Em seguida, o Arduino precisa de voltagem para funcionar. O OSEPP Robotic Functional Kit deve ter vindo com um suporte de bateria adequado para seis baterias. Depois de inserir seis baterias no suporte, insira os fios que saem do suporte da bateria nas ranhuras da blindagem do motor destinadas à tensão.

Etapa 3: Adicionando controle de Bluetooth

Procedimento: Depois que o Arduino for descoberto, adicionar o módulo Bluetooth é tão fácil inserir os quatro pinos do módulo Bluetooth no slot de quatro furos na blindagem do motor, como mostrado acima.

Incrivelmente simples! Mas não terminamos. O módulo Bluetooth é apenas metade do controle Bluetooth real. A outra metade é configurar o aplicativo remoto em nosso dispositivo Android. Estaremos utilizando o aplicativo desenvolvido pela OSEPP que se destina ao robô montado a partir do Kit Funcional Robótico. Você pode usar um aplicativo remoto diferente em seu dispositivo ou pode até fazer o seu próprio, mas, para nossos propósitos, não queremos reinventar a roda. OSEPP também tem instruções sobre como instalar seu aplicativo, que não pode ser instalado a partir da Google Play Store. Você pode encontrar essas instruções aqui. O layout do controle remoto que você instalou pode ser diferente do tutorial, e isso é bom.

Etapa 4: Adicionando Prevenção de Colisão

Explicação: agora que o robô é móvel, ele é capaz de bater em paredes e objetos grandes, o que pode danificar nosso hardware. Portanto, estamos incorporando nosso sensor ultrassônico bem na frente do robô, como você pode ver na imagem acima.

Procedimento: O OSEPP Robotic Functional Kit inclui todas as peças que você vê lá, exceto o sensor ultrassônico. Quando você montou o chassi seguindo o manual de instruções que eu coloquei no link, você já deve ter construído este suporte para o sensor ultrassônico. O sensor pode simplesmente ser encaixado nos dois orifícios do suporte, mas você deve segurar o sensor no lugar com um elástico para evitar que ele caia do suporte. Insira um cabo que se encaixe nos quatro pinos do sensor e conecte a outra extremidade do cabo à coluna 2 de pinos na blindagem do motor.

Você pode incluir vários sensores ultrassônicos, desde que tenha o hardware para mantê-los no lugar.

Etapa 5: adicionando um GPS e uma bússola

Explicação: Quase concluímos nosso robô! Esta é a parte mais difícil de montar nosso robô. Gostaria de explicar primeiro o GPS e a bússola digital. O Arduino se refere ao GPS para coletar dados de satélite da localização atual do robô, em termos de latitude e longitude. Essa latitude e longitude são colocadas em uso quando emparelhadas com as leituras da bússola digital, e esses números são colocados em uma série de fórmulas matemáticas no Arduino para calcular qual movimento o robô deve fazer em seguida para alcançar seu destino. No entanto, a bússola é lançada na presença de materiais ferrosos, ou materiais que contêm ferro e, portanto, são magnéticos.

Procedimento: Para mitigar qualquer possível interferência de componentes ferrosos de nosso robô, vamos pegar nosso alumínio em forma de haste e dobrá-lo em um formato de V longo, como na imagem acima. Isso é para criar alguma distância de materiais ferrosos no robô.

O alumínio pode ser dobrado manualmente ou com uma ferramenta manual básica. O comprimento do alumínio não importa, mas certifique-se de que o alumínio em forma de V resultante não seja excessivamente pesado.

Use a fita dupla-face para colar o módulo GPS, a antena GPS e a bússola digital no suporte de alumínio. MUITO IMPORTANTE: A bússola digital e a antena GPS devem ser colocadas no ápice da luminária de alumínio, conforme mostrado na imagem acima. Além disso, a bússola digital deve ter duas setas em forma de L. Certifique-se de que a seta x aponta para a frente do robô.

Faça orifícios em ambas as extremidades do alumínio para que uma porca possa ser aparafusada no alumínio e um orifício no chassi do robô.

Conecte o cabo da bússola digital ao Arduino Mega, na pequena "saída" logo abaixo do slot de tensão na blindagem do motor. Conecte um cabo do local rotulado como "RX" no GPS ao pino TX314 no Arduino Mega (não na blindagem do motor), outro cabo do local rotulado como "TX" para o pino RX315, outro cabo do "VIN" no GPS para o pino 3V3 na blindagem do motor e um cabo final de "GND" no GPS para o pino GND na blindagem do motor.

Etapa 6: reunindo tudo com o código

Procedimento: É hora de fornecer ao nosso Arduino Mega o código que já preparei para você. Você pode baixar o aplicativo Arduino gratuitamente aqui. Em seguida, baixe cada um dos arquivos que tenho abaixo (sei que parecem muitos, mas a maioria deles são arquivos muito pequenos). Agora, abra MyCode.ino, o aplicativo Arduino deve abrir, então no topo clique em Tools, então Board e finalmente Arduino Mega ou Mega 2560. Depois disso, no topo, clique em Sketch e em Show Sketch Folder. Isso abrirá o local do arquivo MyCode.ino no seu PC. Clique e arraste todos os outros arquivos que você baixou deste Instructable para o arquivo MyCode.ino. Volte para o aplicativo Arduino e clique na marca de seleção no canto superior direito para que o programa possa traduzir o código em uma linguagem de máquina que o Arduino possa entender.

Agora que você tem todo o código pronto, conecte seu PC ao Arduino Mega usando seu cabo Mini B USB. Volte para o aplicativo Arduino com MyCode.ino aberto e clique no botão de seta para a direita no canto superior direito da tela para fazer o upload do código para o Arduino. Aguarde até que o aplicativo informe que o upload foi concluído. Neste ponto, seu robô está pronto! Agora precisamos testá-lo.

Ligue o Arduino usando o interruptor na blindagem do motor e abra o aplicativo remoto OSEPP em seu dispositivo Android. Certifique-se de que o módulo Bluetooth no robô está piscando uma luz azul e selecione a conexão Bluetooth ao abrir o aplicativo. Aguarde até que o aplicativo diga que se conectou ao seu robô. No controle remoto, você deve ter os controles padrão esquerda-direita-cima-baixo à sua esquerda e os botões A-B-X-Y à direita. Com meu código, os botões X e Y não fazem nada, mas o botão A é para salvar a latitude e longitude atuais do robô, e o botão B é para o robô começar a se mover para aquele local salvo. Certifique-se de que o GPS tenha uma luz vermelha piscando ao usar os botões A e B. Isso significa que o GPS se conectou a satélites e está coletando dados, mas se a luz não estiver piscando, basta levar o robô para fora com visão direta do céu e esperar pacientemente. Os círculos na parte inferior devem ser joysticks, mas não são usados neste projeto. O meio da tela registrará informações sobre os movimentos do robô, o que foi útil durante meus testes.

Muito obrigado ao OSEPP, bem como à lombarobot id e EZTech no YouTube por me fornecerem a base para escrever o código para este projeto. Por favor, apoie estas partes:

OSEPP

Canal EZTech

lombarobot id channel

Etapa 7: Expansão Opcional: Detecção de Objeto

No início deste Instructable, mencionei que a imagem do meu veículo robótico que você viu no início será diferente do seu produto acabado. Em particular, estou me referindo ao Raspberry Pi e à câmera que você vê acima.

Esses dois componentes trabalham juntos para detectar sinais de parada ou luzes vermelhas de parada no caminho do robô e parar temporariamente, o que torna o robô um modelo mais próximo de um veículo autônomo real. Existem várias aplicações diferentes do Raspberry Pi que podem ser aplicadas ao seu veículo. Se você gostaria de trabalhar mais em seu veículo robótico, incluindo o Raspberry Pi, eu recomendo fortemente comprar o curso de Rajandeep Singh sobre a construção de um veículo autônomo para detecção de objetos. Você pode encontrar o curso completo dele na Udemy aqui. Rajandeep não me pediu para gritar seu curso; Eu simplesmente sinto que ele é um instrutor maravilhoso que irá envolvê-lo em veículos autônomos.