Faça você mesmo, robô multifuncional com Arduino: 13 etapas (com imagens)

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

Este robô foi construído principalmente para compreender o Arduino e combinar vários projetos do Arduino para formar um robô Arduino com vários recursos. E mais, quem não quer ter um robô de estimação? Então eu o chamei de BLUE ROVIER 316. Eu poderia ter comprado um lindo chassi com esteiras, mas fazê-lo do zero ensina mais e dá mais orgulho depois de completado. O robô é capaz de entender comandos de voz, responder perguntas simples, controlar como um carro RC e até evitando obstáculos durante o movimento. Ele é controlado principalmente por meio de um telefone Android conectado a ele por meio de Bluetooth. Com base nos recursos do Android, como reconhecimento de voz do Google e detecção de inclinação, ele pode realmente se comportar como um robô bonito e inteligente. Eu adicionei BLUE em seu nome porque ele é baseado principalmente em Bluetooth. Na verdade, foi meu primeiro projeto Arduino e eu queria que fosse único. Se você gostar do projeto, vote em mim no Concurso de Robótica!

Etapa 1: Vídeo de demonstração

Você pode assistir a demonstração do robô neste site:

Etapa 2: História de ROVIER

Você pode pular para a próxima etapa se não quiser passar pela historinha fofa de BLUE ROVIER 316. Há cerca de um ano, recebi um Arduino UNO de presente do meu pai. Como foi meu primeiro passo no campo do Arduino, eu queria criar algo diferente e único a partir dos projetos gerais do Arduino. Ele precisava ser um robô bonito e inteligente que pudesse entender comandos de voz e fazer muitas coisas mais inteligentes, como controle remoto, seguir linhas, evitar obstáculos e assim por diante. A questão era como combiná-los. E depois de navegar na internet por um bom tempo, concluí que o Bluetooth seria o modo mais barato. E então, BLUE ROVIER foi colocado em movimento. Mas surgiu uma situação em que tive que excluir muitas características do robô que eu esperava que ele possuísse, principalmente por causa da falta de memória no Arduino UNO (mesmo o menor número de pinos digitais no UNO). Não importa, eu continuei. Demorei muito para criar a versão final do Robot. E assim, depois de muitas tentativas e falhas, BLUE ROVIER finalmente apareceu. E agora podemos passar para a fabricação do robô.

Etapa 3: Componentes e peças

Você precisará apenas dos seguintes componentes: 1. Sistema Android 2. Arduino Uno 3. Módulo wtv020-sd-16p e alto-falante de 8ohm4. 2x circuito controlador de motor L293d 5. 4x motores bo e rodas6. Sensor ultrassônico HC SR04 7. 9g servo8. Suporte de bateria 8 AA e baterias 9. Cartão micro SD de 1GB 10. pequena caixa comutadora para chassis.11. Módulo Bluetooth HC 05Sei que parece caro! Mas não se preocupe, vai custar apenas cerca de duas ou três mil rúpias. Falando em Android, não será um grande problema possuir um porque a maioria tem hoje em dia. Mas ter versões mais novas (acima de 5.0) pode aumentar o desempenho. Tente comprar motores com rotação moderada (60 a 100). Isso ajudaria a manter a velocidade do robô sob controle, já que nenhum outro circuito de controle de velocidade está instalado. E 8 baterias aa são suficientes para alimentar o robô por um bom tempo. E considerando o Bluetooth, o HC 05 é adequado para o robô porque é barato e o desempenho também é excelente. O cartão micro SD de 1 GB é necessário para armazenar arquivos de voz que são reproduzidos quando qualquer pergunta é feita ao robô [discutido em detalhes na parte posterior do intrutável]. Os outros componentes são discutidos em detalhes em suas respectivas etapas.

Agora vamos passar para algumas "teorias" simples que são usadas neste robô.

Etapa 4: Teoria de Controle de Voz

O robô pode entender comandos de voz por meio de um telefone Android. Acho que todos estão familiarizados com o reconhecimento de voz do Google, o recurso do Android em que dizemos a palavra e o Google a digita. O mesmo recurso é usado aqui para reconhecer comandos de voz e convertê-los em comandos de texto. O aplicativo aqui converte fala em texto por meio do Google e envia para o robô por Bluetooth. O robô está programado para seguir esses comandos recebidos por Bluetooth. Também é capaz de responder a um bom número de perguntas. Você pode até adicionar mais alguns comandos no código para fazer o robô fazer algumas coisas mais incríveis. Aqui está o aplicativo Android:

Etapa 5: Teoria de Controle de Gestos

O controle de gestos ou modo de controle de movimento também é feito através do Android. Neste modo, o robô pode ser controlado como um carro RC usando o Android como volante. Existe um sensor chamado "Acelerômetro" em todos os Androids que é usado neste modo. Este acelerômetro pode determinar o ângulo em que o telefone é intitulado medindo as forças de aceleração que atuam no Android. É esse sensor que faz o Android girar a tela quando inclinamos o telefone. O aplicativo aqui usa o acelerômetro do telefone para determinar o ângulo em que o telefone está inclinado. Em seguida, um caractere (A, B …) é enviado ao robô por Bluetooth. O arduino é programado para funcionar de acordo com os dados recebidos. Se o telefone for inclinado para a frente, o caractere A é enviado e o robô segue em frente. Quando inclinado para trás, o personagem B é enviado e o robô se move para trás e assim por diante para a esquerda e direita. Quando o Android é colocado horizontalmente, o personagem E é enviado e o robô para de se mover.

Etapa 6: Teoria de Controle do Bluetooth

Neste modo, o robô funciona como um carro RC geral. Nada de novo neste modo, é igual a um carro de controle remoto geral disponível no mercado, a única diferença é que estamos usando um aplicativo Android para controlar o robô. Existem diferentes botões no aplicativo, cada um com caracteres diferentes associado a isso. Quando qualquer tecla é tocada, um personagem é enviado ao robô via Bluetooth, assim como no modo de controle por gestos. Além disso, os mesmos caracteres são enviados quando as respectivas teclas são tocadas e o robô segue os caracteres que chegam. Usei os botões de 360 e -360 graus no aplicativo para fazer o robô olhar para a direita e para a esquerda. Você pode alterá-lo no código se quiser que o robô faça outras coisas.

Etapa 7: Teoria de Evitação de Obstáculos

Neste modo, o robô funciona como um robô de Evitação de Obstáculos, evitando que colida com qualquer objeto. Isso é feito com o sensor HC SR04. Eu acho que você sabe sobre SONAR (Sound Navigation And Ranging). O sensor HC SR04 emite continuamente ondas sonoras ultrassônicas. Essas ondas são devolvidas após atingirem uma superfície sólida e voltam para o sensor. O tempo que as ondas levam para voltar ao sensor é registrado. Como o som viaja a 340 m / s aproximadamente e sabemos que VELOCIDADE × TEMPO = DISTÂNCIA, podemos determinar a distância à frente. Por exemplo, se o som leva 2 segundos para voltar, podemos determinar a distância através da fórmula acima, ou seja, 340 × 2 = 680 m. É assim que o robô pode medir a distância à frente por meio do sensor. Enquanto se move, o robô mede continuamente a distância à frente por meio do sensor. Se sentir que o espaço livre à sua frente é inferior a 30 cm, ele para de se mover. Em seguida, olha para a esquerda e para a direita e compara a distância de cada lado. Se o lado esquerdo tiver uma distância maior, o robô vira para a esquerda. Caso contrário, se o lado direito for maior, o robô vira para a direita. Se ambos os lados tiverem distâncias iguais, o robô volta para trás. Este mecanismo simples ajuda o robô a evitar os obstáculos.

Etapa 8: montagem do chassi

Fazendo o chassi por conta própria, você deve ter muito cuidado com as medidas e alinhamentos. Escolhi fazer isso porque não consegui encontrar nenhuma na rede que me satisfizesse. Uma caixa de distribuição geral usada para fins de fonte de alimentação está sendo usada como chassi. Eu acho, você pode facilmente conseguir um em uma loja de eletrodomésticos. Em primeiro lugar, prenda os quatro motores na parte inferior com um pouco de cola ou grampos e, em seguida, prenda as rodas. Então você tem que fazer a cabeça do robô (o servo e o sensor HC SR04). Para a cabeça, corte um pequeno pedaço de perfboard e prenda-o ao servo através de um parafuso. Em seguida, prenda o sensor ultrassônico ao perfboard com um pouco de cola. Corte um pequeno orifício quadrado no topo da caixa e fixe o servo nele. Em seguida, prenda o suporte da bateria na parte traseira do robô por meio de um parafuso. Coloque os circuitos e os outros componentes dentro da caixa e seu chassi estará pronto. Não se esqueça de fazer alguns furos na frente do alto-falante para que o som saia e produza uma qualidade melhor.

Etapa 9: Preparando o Módulo de Voz

O modo de fala do robô é realizado pelo módulo WTV 020 SD. O módulo é usado para reproduzir arquivos de voz para o robô. Quando alguma pergunta for feita, o arduino fará com que o módulo reproduza o respectivo arquivo de voz no cartão SD. Existem quatro linhas de dados seriais no módulo para comunicação com o arduino, o reset, o relógio, os dados e os pinos ocupados. Lembre-se de que os nomes dos arquivos devem estar em decimais (0001, 0002 …). E que os arquivos devem estar no formato AD4 ou WAV. Além disso, o módulo funciona apenas em um cartão micro SD de 1 GB. Alguns módulos funcionam até mesmo em cartões de 2 GB e o cartão pode armazenar no máximo 504 arquivos de voz. Portanto, você pode incluir um bom número de arquivos de voz para reproduzir para um bom número de perguntas. Você pode até fazer seus próprios arquivos de voz AD4 (você pode pular esta parte se puder ajustar os arquivos de voz fornecidos junto com este intrutável)., você deve ter dois softwares, um software de edição de som e um software chamado 4D SOMO TOOL que converteria os arquivos para o formato AD4. Em segundo lugar, você deve preparar as vozes do robô. Você pode converter texto em fala ou até mesmo gravar sua própria voz e fazer as vozes do robô. Ambos podem ser feitos no software de edição de som. Mas, certamente, os robôs não ficam bem se falam vozes humanas. Portanto, deve ser melhor converter texto em fala. Existem vários engines como o Microsoft Anna e o Microsoft Sam your Computer que ajudariam a fazer isso. Depois de preparar os arquivos de voz, você deve salvá-los em 32000 Hz e no formato WAV. Isso ocorre porque o módulo pode reproduzir arquivos de voz de até 32.000 Hz. Em seguida, use 4D SOMO TOOL para converter os arquivos para o formato AD4. Para isso, basta abrir a SOMO TOOL, selecionar os arquivos e clicar em Codificar AD4 e seus arquivos de voz estarão prontos. Você pode verificar a imagem acima para referência. Se você quiser mais detalhes sobre como fazer vozes robóticas, pode ir aqui:

[Making Robotic Voices] Aqui estão os arquivos de voz originais e o software:

Etapa 10: Fazendo as conexões

Encurte todos os pinos Vcc dos respectivos módulos juntos e conecte-os ao pino 5v no arduino. Faça o mesmo para os pinos gnd. Aqui estão as conexões dos diferentes módulos. Módulo HC 05: pino RX para pino de dig do arduino 0. Pino de TX para pino de dig do arduino 1. Sensor HC SR04: pino de eco para pino de dig do arduino 6. Pino de trig para pino de dig do arduino 7WTV020-SD módulo: pin1 (reset pin) para arduino dig pin2.pin4 para alto-falante + pin5 para alto-falante -pin7 (relógio) para arduino dig pin3.pin8 para gnd.pin10 (dados) para arduino dig pin4.pin15 (ocupado) para arduino dig pin5.pin16 a 3.3v Em seguida, conecte o fio de sinal de servo (amarelo) e cavar o pino 12. L293d controlador do motor: pino A1 para arduino cavar pino 8.pin A2 para arduino cavar pino 9.pin B1 para arduino cavar pino 10. pino B2 to arduino dig pin 11. Lembre-se de que, neste robô, estamos usando dois módulos L293d. Isso ocorre porque um módulo tem capacidade para alimentar até dois motores. Para controlar quatro motores, estamos usando dois drivers de motor. Portanto, lembre-se de fazer conexões duplicadas em ambos os módulos do controlador do motor. Por exemplo, conecte o pino 8 do Arduino ao pino A1 de ambos os módulos do driver. Não se esqueça de conectar a saída de um módulo em dois motores e o outro módulo nos outros dois motores. Verifique o diagrama para referência futura.

Etapa 11: o código do Arduino

Foi um momento emocionante fazer o código. Não é um código complicado, apenas usa algumas bibliotecas para se comunicar com o Android e o módulo de som. Grande parte do trabalho é feito no Android e não no Arduino. O código é baseado na comunicação Bluetooth e nos dados de entrada do Bluetooth. O código é feito de tal forma que temos que dar comandos de voz ao robô para executar os diferentes modos e o Arduino verifica continuamente os sinais Bluetooth de entrada. Para parar qualquer modo, basta dizer "parar". O único problema com o código é que temos que desligar manualmente o robô quando ele está no Modo de Evitar Obstáculos. Não podemos usar o comando "parar" neste modo. Isso ocorre porque a ativação desse recurso afeta a velocidade de varredura da distância dos objetos. O Arduino terá que ler simultaneamente a distância de um objeto e os sinais de entrada do Bluetooth. Isso interfere no modo e o robô não consegue se proteger totalmente dos obstáculos. O robô pode não parar instantaneamente, mesmo se a distância à frente for inferior a 30 cm. Portanto, seria bom não incluir esse recurso neste modo. Basta fazer o download das bibliotecas e do código e carregá-lo no Arduino. Mas não se esqueça de retirar os pinos TX e RX (0, 1) do Arduino antes de fazer o upload. Esses pinos são usados para comunicação serial e estão em uso durante o upload do código. E neste robô, esses pinos são usados para conectar o módulo Bluetooth. Portanto, lembre-se de retirá-los, pois isso pode prejudicar seu Módulo Bluetooth. Aqui estão o código e as bibliotecas:

Etapa 12: Classificando os problemas e fazendo melhorias

Você pode pular esta etapa porque ela trata apenas de melhorias do robô. Muitos problemas surgem no módulo WTV-020-SD-16p, em relação à capacidade do cartão de memória. Isso ocorre porque alguns módulos funcionam em cartões de 2 GB, enquanto outros não. Portanto, é melhor usar um cartão micro SD de 1 GB. Não haveria muitos problemas em usar diferentes versões dos componentes. Podem ser mencionadas as diferentes versões do módulo wtv 020 sd. Isso ocorre porque existe apenas diferença de embalagem entre os módulos, enquanto a maioria das outras coisas internas permanecem as mesmas. Outra coisa importante, usar uma placa de circuito impresso para o robô ajudará na redução do consumo de corrente em grande medida. Se você estiver conectando os diferentes componentes como eu, vai custar-lhe alguma corrente porque uma boa quantidade dela se perderá nos fios, tendo uma alta resistência. Isso ocorre porque o circuito é bastante grande. Este intrutável não inclui o projeto de um PCB (porque eu não fiz um), mas pode aumentar a eficiência de energia do robô. Mas BLUE ROVIER 316 ainda não está pronto! Pensei em incluir mais alguns recursos, como seguir linhas, resolver labirintos e muitas outras coisas. Mas ficou um sonho por causa da falta de pins no Arduino UNO (BLUE ROVIER realmente come muitos pins do Arduino). Então, penso em melhorar todos os recursos desse robô e combiná-los para formar um Arduino Robot mais sofisticado e útil. Então esteja pronto para ver a visão modificada de ROVIER em alguns meses !!! Eu até gostaria de ver outras versões modificadas do robô por outras pessoas com mais criatividade que a minha !!!!

Etapa 13: Brincando com o robô

Ligue o robô e veja como ele te cumprimenta, brinca com você. Faça qualquer pergunta (não as estúpidas!) E observe sua resposta. Você pode dizer para seguir linhas ou ir em frente. Basta dizer 'parar' quando quiser parar o robô.

Vice-campeão no concurso de robótica 2017