Construir um robô de telepresença controlado por wi-fi: 11 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Este projeto é sobre a construção de um robô que pode interagir com um ambiente remoto e ser controlado de qualquer parte do mundo usando Wifi. Este é o meu projeto de engenharia do último ano e aprendi muito sobre eletrônica, IoT e programação. Este projeto é focado em pessoas com deficiência de locomoção, pois elas têm dificuldade de se locomover e um robô de telepresença pode auxiliá-las facilmente.

Existem 2 sistemas dentro do projeto para torná-lo bem-sucedido. Controle de movimento de sua mão para mover a mão robótica e o aplicativo móvel que controla a base do motor.

Abaixo está o documento e a apresentação da Telepresença V1 para que você tenha um entendimento mais aprofundado.

É hora de construir!

Suprimentos

Muitas ferramentas e componentes são necessários para este projeto. Custou-me cerca de 1000 AED (270 $), por isso certifique-se de que tem esse orçamento. Aqui estão os componentes de que você precisa: -

1. Nó MCU x 3
2. L298N DC Motor Driver x 1
3. Fonte de alimentação 12V x 1
4. Regulador Abaixador de Tensão LM2596 x 1
5. Sensores MPU9250 IMU x 2
6. Servo motores (torque de 10-20 kg) x 4
7. madeira leve 1x1m
8. Hastes de metal roscadas 8M 1m x 2
9. Impressora 3D (30x30cm)
10. lenhador e perfurador
11. Fios elétricos, fios de jumper e placa de ensaio
12. Manga de braço completo
13. Motor 12 V DC (25kg.cm) x 2
14. Rodízio de 3 polegadas x 1
15. Roda de borracha de 6cm com montagem de parafuso x 2
16. Kit de solda

Etapa 1: Como funciona?

Este é o fluxograma de comunicação para que você entenda como os componentes estão se comunicando. Estamos usando a rede de transferência de dados chamada PubNub como uma plataforma IoT que pode enviar mensagens em tempo real em apenas 0,5 segundos! Essa é a resposta mais rápida que podemos obter e isso é ainda mais importante em nosso projeto, pois usaremos nossa mão para controlar o braço do robô em tempo real.

Todos os Nodemcu são usados para enviar e receber dados. Existem 2 sistemas individuais envolvidos aqui, onde o Nodemcu no braço envia os dados do sensor de movimento ao PubNub e isso é recebido pelo Nodemcu no braço robótico. para o movimento da base, o aplicativo móvel envia os dados para as coordenadas x, y do joystick e que são recebidos pelo Nodemcu na base que pode controlar o motor através do driver. É tudo por agora.

Etapa 2: Design

O design acima lhe dará uma idéia de como a estrutura se parece. Você pode baixar os arquivos cad para ter uma visão melhor. A base do rover é suportada por 3 rodas, sendo 2 com motor DC na parte traseira e uma roda na frente. Devido ao movimento do braço robótico, notei instabilidade na base, então você pode considerar adicionar 2 rodízios na frente. As bases de madeira inferior e superior são suportadas por hastes roscadas que são ensanduichadas por porcas. Certifique-se de usar a porca de travamento, pois isso a tornará apertada permanentemente por um longo prazo.

Baixe o arquivo fonte do design - Design da telepresença

Etapa 3: Impressão 3D do braço e cálculo de torque

O braço do robô de telepresença tem um design simples em forma de caixa para que possa ser impresso em 3D facilmente com quantidade mínima de filamento. Seu comprimento é de cerca de 40 cm, que é tão longo quanto um braço humano. O comprimento do braço robótico é baseado no torque levantado pelos servo motores. Você pode encontrar o cálculo de torque na imagem acima junto com as especificações do servo motor que usei para que você possa personalizar o projeto de acordo com as suas necessidades. Mas evite usar o torque máximo do servo motor, pois isso acabará danificando o motor a longo prazo.

Baixe os arquivos de impressão 3D abaixo, imprima e siga em frente.

Etapa 4: Fabricação e montagem da base

Aqui estão as etapas que você pode seguir para a fabricação: -

1. Corte a haste de metal roscada no ponto médio usando serra
2. Use a lenha para fazer 2 peças de madeira de 40x30cm
3. Faça os furos necessários na base superior e inferior como o desenho acima
4. Comece a anexar o motor DC e as rodas giratórias na base inferior
5. Para fazer um orifício retangular na base superior, primeiro faça um orifício circular com o perfurador e, em seguida, insira o lenhador no orifício e apare-o nas bordas para fazer um retângulo.

se você está se perguntando por que o orifício superior direito está colocado ao contrário, é porque eu não tinha certeza se colocaria o braço robótico no canto direito no centro. Colocá-lo no centro foi uma escolha melhor devido ao equilíbrio do peso.

Etapa 5: Montagem do braço robótico

A montagem do braço robótico requer atenção especial. Além da montagem mecânica, você deve se certificar de que o servo motor está no ângulo correto quando for montado. Siga o diagrama acima para dar uma ideia sobre qual ângulo o servo motor deve ser ajustado em todos os motores antes de montar qualquer coisa na parte superior. Tente acertar essa parte, caso contrário, você acabará remontando-a novamente.

Use o modelo de código abaixo para definir o ângulo exato do servo usando Arduino ou Nodemcu. Já existe muita informação sobre isso online, então não irei em detalhes.

#incluir

Servo servo;

pin int =; // coloque o número do pino onde o pino de dados do servo está conectado no arduino

void setup () {

servo.attach (pino);

}

void loop () {

ângulo interno =; // ângulo em que você precisa definir

servo.write (ângulo);

}

Etapa 6: Circuito do controlador de braço

A montagem do controlador do braço é simples de fazer. Usei uma manga comprida e conectei os sensores, Nodemcu e breadboard com costura. Certifique-se de que a orientação do sensor esteja na mesma direção da imagem do controlador acima. Finalmente, siga o diagrama do circuito e baixe o código abaixo.

Etapa 7: Circuito do Robô de Telepresença

Siga o diagrama do circuito da mesma maneira. Verifique as pinagens da fonte de alimentação que você está usando para evitar curto-circuitos. Defina a tensão de saída do conversor Buck para 7 V, uma vez que essa é a tensão média de todos os servo motores. O único lugar onde você pode soldar são os terminais do motor DC básico, já que ele consome muita corrente, então precisa ser apertado com um fio elétrico um pouco mais grosso. Assim que o circuito estiver completo, mais tarde você irá carregar o 'arm_subscriber.ino' para o Nodemcu que se conecta com o braço e 'base.ino' para ser carregado no Nodemcu base.

Etapa 8: aplicativo móvel

Este é o móbile para controlar a locomoção. Quando você move o joystick, ele envia as coordenadas X, Y no círculo do joystick para o Pubnub e são recebidas pelo Nodemcu na base. Esta coordenada X, Y é convertida para o ângulo e usando-a podemos encontrar a direção que o robô irá. O movimento é feito ligando / desligando e mudança de direção dos dois motores. Se o comando for Avançar, os dois motores vão para frente em velocidade total; se for para a esquerda, o motor esquerdo vai para trás e o motor direito vai para frente e assim por diante.

a função acima também pode ser feita simplesmente com botões em vez de um joystick, mas eu escolho o joystick para controlar a velocidade do motor também. No entanto, meu pino de ativação não funcionou com o Nodemcu, então deixei essa parte. Eu adicionei um código de controle de velocidade em base.ino apenas para o caso, como um comentário.

Você pode obter o arquivo fonte.aia abaixo, que pode ser editado usando o MIT app inventor. Você terá que fazer uma configuração básica no aplicativo que contarei na próxima etapa.

Etapa 9: crie uma conta no Pubnub e obtenha as chaves

Agora é hora de fazer a etapa final, que é configurar sua plataforma IoT. O Pubnub é o melhor porque a transferência de dados ocorre em tempo real e leva apenas 0,5 segundo para ser transferida. Além disso, você pode enviar 1 milhão de pontos de dados por mês, por isso é minha plataforma favorita.

Acesse PubNub e crie sua conta. Em seguida, vá para os menus de aplicativos no menu esquerdo e clique no botão chamado "+ Criar novo aplicativo" à direita. Depois de nomear seu aplicativo, você verá a imagem acima do editor e da chave de assinante. É isso que usaremos para conectar os dispositivos.

Etapa 10: adicionar as chaves ao código e fazer upload

Precisamos de 4 coisas para que o dispositivo possa se comunicar: - pubkey, subkey, canal e wi-fi.

pubkey e subkey permanecerão iguais em todos os aplicativos Nodemcu e móveis. 2 dispositivos que se comunicam devem ter o mesmo nome de canal. Uma vez que o aplicativo móvel e a base estão se comunicando, isso terá o mesmo nome de canal semelhante para o controlador e a mão robótica. Finalmente, você deve colocar credenciais de wi-fi em cada Nodemcu para que ele possa se conectar ao wi-fi no início. Já adicionei o nome do canal, portanto, wi-fi e chave pub / sub é o que você terá que adicionar de sua conta.

Nota: - Nodemcu só pode se conectar com wi-fi que pode ser acessado sem página da web como intermediário. Mesmo para minha apresentação final, tive que usar um hotspot móvel, já que o wi-fi universitário era uma droga.

Etapa 11: Conclusão

Se você chegou até aqui, então INCRÍVEL! Espero que você tenha ganho algo de valor com este artigo. Este projeto tem pequenas limitações que quero dizer a você antes de executá-lo. Aqui estão alguns abaixo: -

Movimento abrupto do braço robótico: -

Há muitos movimentos repentinos do braço robótico. Isso se deve ao atraso de 0,5 segundos para que as informações do sensor sejam transferidas como um movimento do servo. Eu até danifiquei 2 do servo motor, então não mova seu braço muito rapidamente. Você pode resolver esse problema adicionando etapas intermediárias entre o movimento original para criar um movimento suave.

Sem parada do movimento da base: -

quando eu faço o robô se mover em uma direção por meio de um aplicativo móvel, o robô continua se movendo na mesma direção, mesmo quando eu levanto meus dedos. Isso era irritante, pois eu sempre tinha que desligar a energia para parar o movimento. Eu inseri o código de parada no aplicativo, mas ainda não funcionou. Pode ser um problema no próprio aplicativo. Talvez você possa tentar resolver isso e me avisar.

Sem feed de vídeo: -

Sem o feed de vídeo vindo do robô para a pessoa, nunca podemos implantar longe do usuário. Eu queria adicionar isso inicialmente, mas exigiria mais tempo e investimento, então deixei.

Vocês podem levar este projeto adiante resolvendo o problema acima. Quando você fizer isso, me avise. Até a próxima

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Vice-campeão no concurso de robótica