Robô FPV Rover Controlado por Wi-Fi (com Arduino, ESP8266 e motores de passo): 11 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Este instrutível mostra como projetar um rover robótico de duas rodas controlado remotamente em uma rede wi-fi, usando um Arduino Uno conectado a um módulo ESP8266 Wi-fi e dois motores de passo. O robô pode ser controlado a partir de um navegador comum da Internet, usando uma interface projetada em HTML. Um smartphone Android é usado para transmitir vídeo e áudio do robô para a interface de controle do operador.

Existem muitos kits robóticos disponíveis online com vários formatos, dimensões e preços. Mas, dependendo de sua aplicação, nenhum deles caberá e você pode descobrir que são muito caros para seus experimentos. Ou talvez você apenas queira fazer sua estrutura mecânica em vez de comprar uma completa. Este manual também mostra como projetar e construir uma moldura de acrílico de baixo custo para seu próprio projeto robótico, usando apenas ferramentas comuns para quem não tem acesso a essas caras impressoras 3D ou cortadores a laser. Uma plataforma robótica simples é apresentada.

Este guia pode ser adaptado para ter sua forma ou interface de controle alterada. Foi adaptado para outro dos meus projetos robóticos ("Robô da Alegria"), que você confere nos links abaixo:

www.instructables.com/id/Joy-Robot-Rob%C3%B4-Da-Alegria-Open-Source-3D-Printed-A/

hackaday.io/project/12873-rob-da-alegria-…

github.com/ferauche/RoboAlegria

www.hackster.io/igorF2/robo-da-alegria-joy-robot-85e178

[Aviso: algumas das fotos estão desatualizadas, porque o design foi aprimorado ainda mais. No entanto, a ideia apresentada aqui ainda é válida.]

Etapa 1: Ferramentas

As seguintes ferramentas são necessárias para a construção deste protótipo:

• Serra manual (para realizar os cortes iniciais da folha de acrílico)
• Chave de retenção (para colocação de parafusos e porcas)
• Régua (para medição de dimensões)
• Faca utilitária (para cortar a folha de acrílico)
• Máquina de perfuração (para criar orifícios para os parafusos)
• Lixa (para suavizar bordas ásperas)

Etapa 2: Estrutura Mecânica e Materiais

Para construir um robô personalizado, primeiro você terá que projetar sua estrutura mecânica. Pode ser fácil, dependendo da sua aplicação, ou cheio de detalhes e restrições. Você pode precisar projetá-lo em um software CAD 3D ou apenas desenhá-lo em 2D, dependendo da complexidade do seu modelo.

Você também pode comprar a estrutura completa online se não quiser construir sua própria estrutura mecânica. Existem muitos kits robóticos disponíveis online. Nesse caso, você pode pular para a Etapa 6.

Para isso, foi projetada uma moldura de acrílico de baixo custo para a fixação dos motores e demais componentes. A estrutura apresentada neste tutorial foi projetada em 3D usando o software CAD 123D Design. Cada parte foi posteriormente convertida em 2D usando o software Draftsight.

Os seguintes materiais foram usados:

• Folha de acrílico 2mm
• Rodas 42x19mm com pneu de borracha (x2)
• Roda omni de esfera de aço de 49x20x32mm (x1)
• Parafusos M2 x 10mm (x12)
• M2 x 1, porcas de 5 mm (x12)
• Parafusos M3 x 10 mm (x8)
• M3 x 1, porcas de 5 mm (x8)
• Parafusos 5/32 "x 1" (x3)
• 5/32 "porcas (x6)
• Clipe de bastão de selfie portátil
• Suporte de alumínio 3 x 3 cm (x4)

A construção da estrutura da base está dividida nas seguintes etapas:

1. Corte a base de acrílico de acordo com as dimensões no desenho 2D;
2. Faça os furos nas posições mostradas no desenho 2D;
3. Monte os componentes com parafusos e porcas de acordo com o desenho 3D.

Infelizmente, o diâmetro do eixo do motor de passo é maior do que o orifício da roda. Portanto, você provavelmente precisará usar cola para acoplar esses componentes. Para este tutorial improvisei um acoplamento de madeira entre o eixo do motor e a roda.

Etapa 3: Cortando a Estrutura

Primeiro, você precisará transferir as dimensões do seu modelo para a folha de acrílico. Imprima seu desenho 2D usando uma impressora comum em um papel adesivo, depois corte o papel nas dimensões adequadas e aplique a máscara na superfície do acrílico.

Você pode usar uma serra manual para cortar o acrílico de acordo com suas dimensões ou usar a técnica de quebra descrita abaixo.

Com um canivete e com o auxílio de uma régua ou escala, corte o acrílico em linhas retas. Você não precisará cortar totalmente a folha, apenas pontue-a para criar algumas trilhas onde a peça será cortada posteriormente.

Coloque o acrílico sobre uma superfície plana, segure-o no lugar com alguns grampos e aplique um pouco de pressão até que a folha se parta em duas. Repita este processo até que todos os cortes sejam feitos. Depois disso, você pode usar uma lixa para alisar as arestas.

Etapa 4: Perfuração da base

Faça os furos nas posições mostradas no desenho 2D (indicado na máscara) com uma furadeira.

O acrílico é relativamente fácil de perfurar. Portanto, se você não descarta uma furadeira, pode fazer os furos manualmente com uma ferramenta afiada, como uma faca. Você também pode usá-lo para ampliar pequenos orifícios para ajustar os tamanhos dos parafusos.

Remova a máscara e sua base estará pronta.

Etapa 5: montagem da estrutura

Monte os componentes com parafusos e porcas de acordo com as imagens e sua estrutura estará pronta para funcionar.

Os parafusos M3 são usados para a instalação dos motores de passo, enquanto os 5/32 são usados para a instalação da roda dianteira e do clipe do smartphone.

Agora faça uma pausa e comece a montar o circuito na etapa seguinte …

Etapa 6: Eletrônica

Você precisará dos seguintes componentes eletrônicos:

• Arduino Uno (comprar)
• ESP8266 (comprar)
• Protoshield (para uma versão mais compacta) ou uma breadboard comum (comprar)
• Resistor de 1 kohm (x2)
• Resistor de 10 kohm (x1)
• Alguns fios de ligação
• Motor de passo com chave ULN2003 (x2) (comprar / comprar)
• Um computador (para compilar e enviar o código do Arduino)
• Banco de potência (comprar)
• cabo USB

Você não precisará de ferramentas específicas para a montagem do circuito. Todos os componentes podem ser encontrados online em sua loja de e-commerce favorita. O circuito é alimentado por um banco de energia conectado à porta USB do Arduino.

Conecte todos os componentes de acordo com o esquema. Você precisará de alguns fios de jumper para conectar o módulo ESP-8266 e os motores de passo. Você pode usar um proto-escudo (para um circuito mais compacto), uma placa de ensaio comum ou projetar seu próprio escudo Arduino. Conecte o cabo USB à placa Arduino Uno e prossiga para a próxima etapa.

Etapa 7: Código Arduino

Instale o IDE Arduino mais recente. Neste projeto, a biblioteca stepper.h foi usada para o controle dos motores de passo. Nenhuma biblioteca adicional foi necessária para comunicação com o módulo ESP-8266. Verifique a taxa de transmissão de seu ESP8266 e defina-a corretamente no código.

Baixe o código do Arduino (stepperRobot.ino) e substitua o XXXXX pelo SSID do roteador wi-fi e YYYYY pela senha do roteador. Conecte a placa Arduino à porta USB do seu computador e faça o upload do código.

Etapa 8: Android IP Cam

Um smartphone Android foi usado para transmitir o vídeo e o áudio do robô para a interface de controle. Você pode encontrar o aplicativo na Google Play Store (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.pas.webcam).

Instale-o e vá para a próxima etapa.

Etapa 9: coloque os circuitos no robô

Instale os circuitos na parte superior do robô usando alguns parafusos M1, conforme mostrado nas imagens.

Em seguida, cole seu banco de potência na parte de trás do robô usando uma fita dupla-face (porque é fácil de remover depois), e coloque seu smartphone no clipe.

Etapa 10: Interface de controle baseada na web

Uma interface html foi projetada para o controle do robô.

Baixe interface.rar e extraia todos os arquivos para uma determinada pasta. Em seguida, abra-o no Firefox.

Um formulário de caixa de texto é usado nessa interface para inserir os endereços IP do módulo ESP e do servidor de vídeo / áudio (do aplicativo Android IP Webcam).

Existe um teste mas, que fará o robô girar até que outro comando seja recebido. As teclas de seta do teclado são usadas para mover o robô para frente ou para trás e para girar para a esquerda ou direita.

Etapa 11: Uso

Quando o Arduino for reiniciado, ele tentará conectar sua rede wi-fi automaticamente. Use o Serial Monitor para verificar se a conexão foi bem-sucedida e para obter qual IP foi atribuído ao ESP-8266 pelo roteador. Abra o arquivo html em um navegador de internet (Firefox) e informe este endereço IP na caixa de texto.

Você também pode usar outros meios para descobrir qual endereço IP seu roteador atribuiu ao seu dispositivo.

Desconecte o Arduino Uno do seu computador e conecte-o ao banco de energia. Espere que ele se conecte novamente.

Abra o aplicativo IP Webcam no smartphone conectado ao robô. Digite o IP de vídeo / áudio em sua interface de controle e conecte-se ao servidor e você estará pronto para prosseguir. Pode ser necessário reduzir a resolução do vídeo no aplicativo para reduzir o atraso durante a transmissão.

Clique e segure os botões de seta do teclado para girar o robô ou movê-lo para frente / para trás e se divertir explorando o ambiente.