สร้างหุ่นยนต์ Telepresence ที่ควบคุมผ่าน Wifi: 11 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

โปรเจ็กต์นี้เกี่ยวกับการสร้างหุ่นยนต์ที่สามารถโต้ตอบกับสภาพแวดล้อมระยะไกลและควบคุมจากส่วนใดของโลกโดยใช้ Wifi นี่เป็นโครงการวิศวกรรมปีสุดท้ายของฉัน และฉันได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ IoT และการเขียนโปรแกรม โปรเจ็กต์นี้เน้นไปที่ผู้ที่มีความบกพร่องด้านการเคลื่อนไหว เนื่องจากพวกเขาเคลื่อนไหวยากลำบาก ดังนั้นหุ่นยนต์ telepresence จึงสามารถช่วยเหลือพวกเขาได้อย่างง่ายดาย

ภายในโครงการมี 2 ระบบที่จะทำให้สำเร็จ การควบคุมการเคลื่อนไหวของมือของคุณเพื่อขยับมือหุ่นยนต์และแอพมือถือที่ควบคุมฐานของมอเตอร์

ด้านล่างนี้คือเอกสารและการนำเสนอของ Telepresence V1 ดังนั้นคุณจะได้รับความเข้าใจในเชิงลึกมากขึ้น

ถึงเวลาสร้างมัน!

เสบียง

จำเป็นต้องมีเครื่องมือและส่วนประกอบจำนวนมากสำหรับโครงการนี้ มีค่าใช้จ่ายประมาณ 1,000 AED (270$) ดังนั้นให้แน่ใจว่าคุณมีงบประมาณนั้น นี่คือส่วนประกอบที่คุณต้องการ:-

1. โหนด MCU x 3
2. L298N ตัวขับมอเตอร์กระแสตรง x 1
3. แหล่งจ่ายไฟ 12V x 1
4. LM2596 สเต็ปดาวน์ สเต็ปดาวน์ โวลเตจ เรกูเลเตอร์ x 1
5. MPU9250 เซ็นเซอร์ IMU x 2
6. เซอร์โวมอเตอร์ (แรงบิด 10-20 กก.) x 4
7. ไม้น้ำหนักเบา 1x1m
8. แท่งโลหะเกลียว 8M 1m x 2
9. เครื่องพิมพ์ 3 มิติ (30x30 ซม.)
10. คนตัดไม้และสว่าน
11. สายไฟฟ้า สายจัมเปอร์ และเขียงหั่นขนม
12. แขนเต็มแขน
13. มอเตอร์ DC 12V (25กก.ซม.) x 2
14. ล้อเลื่อน 3 นิ้ว x 1
15. ล้อยางขนาด 6 ซม. พร้อมตัวยึดสกรู x 2
16. ชุดบัดกรี

ขั้นตอนที่ 1: มันทำงานอย่างไร

นี่คือแผนผังลำดับงานการสื่อสารที่จะทำให้คุณเข้าใจว่าส่วนประกอบต่างๆ มีการสื่อสารกันอย่างไร เรากำลังใช้เครือข่ายการถ่ายโอนข้อมูลที่เรียกว่า PubNub เป็นแพลตฟอร์ม IoT ที่สามารถส่งข้อความแบบเรียลไทม์ได้ในเวลาเพียง 0.5 วินาที! นั่นคือการตอบสนองที่เร็วที่สุดที่เราจะได้รับ และสิ่งนี้สำคัญยิ่งกว่าในโครงการของเรา เนื่องจากเราจะใช้มือของเราในการควบคุมแขนของหุ่นยนต์ในแบบเรียลไทม์

Nodemcu ทั้งหมดใช้สำหรับส่งและรับข้อมูล มี 2 ระบบที่เกี่ยวข้องที่นี่ซึ่ง Nodemcu บนแขนส่งข้อมูลเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหวไปยัง PubNub และ Nodemcu ได้รับบนแขนหุ่นยนต์ สำหรับการเคลื่อนที่ของฐาน แอพมือถือจะส่งข้อมูลสำหรับพิกัด x, y จากจอยสติ๊ก และ Nodemcu ได้รับบนฐานซึ่งสามารถควบคุมมอเตอร์ผ่านไดรเวอร์ได้ นั่นคือทั้งหมดที่สำหรับตอนนี้.

ขั้นตอนที่ 2: ออกแบบ

การออกแบบด้านบนจะทำให้คุณมีแนวคิดเกี่ยวกับลักษณะของโครงสร้าง คุณสามารถดาวน์โหลดไฟล์ cad ได้เพื่อให้ดูดีขึ้น ฐานของรถแลนด์โรเวอร์รองรับ 3 ล้อ โดย 2 ล้อเป็นมอเตอร์กระแสตรงที่ด้านหลังและล้อหน้าหนึ่งล้อ เนื่องจากการเคลื่อนไหวของแขนกล ฉันสังเกตเห็นความไม่มั่นคงบนฐาน ดังนั้นคุณอาจลองเพิ่มล้อล้อ 2 ล้อด้านหน้า ฐานไม้ด้านล่างและด้านบนรองรับด้วยแท่งเกลียวที่ประกบด้วยน็อต ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณใช้น็อตล็อคเพราะจะทำให้แน่นถาวรในระยะยาว

ดาวน์โหลดไฟล์ต้นฉบับการออกแบบ - การออกแบบ Telepresence

ขั้นตอนที่ 3: การพิมพ์ 3 มิติของการคำนวณแขนและแรงบิด

แขนกลของหุ่นยนต์ telepresence ได้รับการออกแบบอย่างเรียบง่ายในรูปทรงของกล่อง เพื่อให้สามารถพิมพ์ 3 มิติได้อย่างง่ายดายด้วยจำนวนเส้นใยขั้นต่ำ ยาวประมาณ 40 ซม. ซึ่งยาวเท่ากับแขนมนุษย์ ความยาวของแขนหุ่นยนต์ขึ้นอยู่กับแรงบิดที่เซอร์โวมอเตอร์ยกขึ้น คุณสามารถค้นหาการคำนวณแรงบิดได้จากภาพด้านบนพร้อมกับข้อกำหนดของเซอร์โวมอเตอร์ที่ฉันใช้ เพื่อให้คุณสามารถปรับแต่งการออกแบบตามความต้องการของคุณได้ แต่หลีกเลี่ยงการใช้แรงบิดสูงสุดของเซอร์โวมอเตอร์เพราะจะทำให้มอเตอร์เสียหายในระยะยาว

ดาวน์โหลดไฟล์ 3D Printing ด้านล่าง พิมพ์และก้าวต่อไป

ขั้นตอนที่ 4: การประดิษฐ์และการประกอบฐาน

นี่คือขั้นตอนที่คุณสามารถปฏิบัติตามสำหรับการประดิษฐ์:-

1. ตัดแกนโลหะเกลียวที่จุดกึ่งกลางโดยใช้เลื่อย
2. ใช้คนตัดไม้ทำท่อนไม้ขนาด 40x30cm. จำนวน 2 ชิ้น
3. เจาะรูที่จำเป็นที่ฐานด้านบนและด้านล่างเหมือนรูปวาดด้านบน
4. เริ่มติดมอเตอร์กระแสตรงและล้อล้อเลื่อนที่ฐานด้านล่าง
5. สำหรับการทำรูสี่เหลี่ยมบนฐานด้านบน ขั้นแรกให้ทำรูกลมด้วยสว่านแล้วสอดคนตัดไม้เข้าไปในรูและเล็มขอบให้เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า

หากคุณสงสัยว่าเหตุใดจึงวางรูบนขวาไว้ด้านหลัง นั่นเป็นเพราะฉันไม่แน่ใจว่าจะวางแขนหุ่นยนต์ที่มุมขวาไว้ตรงกลางหรือไม่ การวางไว้ตรงกลางเป็นทางเลือกที่ดีกว่าเนื่องจากความสมดุลของน้ำหนัก

ขั้นตอนที่ 5: การประกอบแขนหุ่นยนต์

การประกอบแขนกลต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษ นอกเหนือจากการประกอบเชิงกล คุณต้องแน่ใจว่าเซอร์โวมอเตอร์อยู่ในมุมที่ถูกต้องเมื่อประกอบเข้าด้วยกัน ทำตามไดอะแกรมด้านบนเพื่อให้คุณได้แนวคิดเกี่ยวกับมุมที่เซอร์โวมอเตอร์ถูกติดตั้งบนมอเตอร์ทั้งหมดก่อนที่จะประกอบสิ่งใดๆ ที่ด้านบน พยายามทำให้ส่วนนี้ถูกต้อง ไม่เช่นนั้นคุณจะต้องประกอบใหม่อีกครั้ง

ใช้เทมเพลตโค้ดด้านล่างเพื่อตั้งค่ามุมเซอร์โวที่แน่นอนโดยใช้ Arduino หรือ Nodemcu มีข้อมูลมากมายเกี่ยวกับเรื่องนี้ทางออนไลน์ ดังนั้นฉันจะไม่ลงรายละเอียด

#รวม

เซอร์โวเซอร์โว;

int พิน =; // ใส่หมายเลขพินที่ต่อพินข้อมูลเซอร์โวบน arduino

การตั้งค่าเป็นโมฆะ () {

servo.attach (พิน);

}

วงเป็นโมฆะ () {

มุม int =; //มุมที่คุณต้องตั้งค่า

servo.write (มุม);

}

ขั้นตอนที่ 6: วงจรของ Arm Controller

การประกอบชุดควบคุมแขนนั้นทำได้ง่าย ฉันใช้แขนยาวและติดเซ็นเซอร์ Nodemcu & เขียงหั่นขนมด้วยการเย็บ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการวางแนวของเซ็นเซอร์อยู่ในทิศทางเดียวกับภาพตัวควบคุมด้านบน สุดท้าย ทำตามแผนภาพวงจรและดาวน์โหลดโค้ดด้านล่าง

ขั้นตอนที่ 7: วงจรของหุ่นยนต์ Telepresence

ทำตามแผนภาพวงจรในลักษณะเดียวกัน ตรวจสอบพินเอาต์ของพาวเวอร์ซัพพลายที่คุณใช้เพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจร ตั้งค่าแรงดันเอาต์พุตของตัวแปลงบั๊กเป็น 7V เนื่องจากเป็นแรงดันเฉลี่ยของเซอร์โวมอเตอร์ทั้งหมด ที่เดียวที่คุณอาจบัดกรีได้คือขั้วของมอเตอร์กระแสตรงฐาน เนื่องจากมันใช้กระแสไฟมาก ดังนั้นต้องแน่นด้วยสายไฟที่หนากว่าเล็กน้อย เมื่อวงจรเสร็จสมบูรณ์ ภายหลังคุณจะอัปโหลด 'arm_subscriber.ino' ไปยัง Nodemcu ซึ่งเชื่อมต่อกับ arm และ 'base.ino' เพื่ออัปโหลดบนฐาน Nodemcu

ขั้นตอนที่ 8: แอพมือถือ

นี่คือมือถือในการควบคุมการเคลื่อนไหว เมื่อคุณย้ายจอยสติ๊ก มันจะส่งพิกัด X, Y บนวงกลมจอยสติ๊กไปที่ Pubnub และรับโดย Nodemcu ที่ฐาน พิกัด X, Y นี้จะถูกแปลงเป็นมุมและเมื่อใช้มัน เราจะสามารถค้นหาว่าหุ่นยนต์จะไปในทิศทางใด การเคลื่อนไหวทำได้โดยการเปิด/ปิดและเปลี่ยนทิศทางของมอเตอร์ทั้งสอง หากคำสั่งคือ เดินหน้า มอเตอร์ทั้งสองจะเดินหน้าด้วยความเร็วเต็มที่ หากปล่อยไว้ มอเตอร์ด้านซ้ายจะถอยหลัง และมอเตอร์ด้านขวาจะเดินหน้าไปเรื่อยๆ

ฟังก์ชั่นด้านบนสามารถทำได้ง่ายๆ ด้วยปุ่มต่างๆ แทนจอยสติ๊ก แต่ฉันเลือกจอยสติ๊กเพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์ด้วย อย่างไรก็ตาม พินเปิดใช้งานของฉันใช้ไม่ได้กับ Nodemcu ดังนั้นฉันจึงออกจากส่วนนั้น ฉันได้เพิ่มรหัสควบคุมความเร็วใน base.ino ในกรณีที่เป็นความคิดเห็น

คุณสามารถรับไฟล์ต้นฉบับ.aia ด้านล่าง ซึ่งสามารถแก้ไขได้โดยใช้ MIT app inventor คุณจะต้องทำการกำหนดค่าพื้นฐานในแอพซึ่งฉันจะบอกในขั้นตอนต่อไป

ขั้นตอนที่ 9: สร้างบัญชีบน Pubnub และรับกุญแจ

ถึงเวลาทำขั้นตอนสุดท้ายซึ่งก็คือการกำหนดค่าแพลตฟอร์ม IoT ของคุณ Pubnub ดีที่สุดเพราะการถ่ายโอนข้อมูลเกิดขึ้นแบบเรียลไทม์และใช้เวลาเพียง 0.5 วินาทีในการถ่ายโอน ยิ่งไปกว่านั้น คุณสามารถส่งข้อมูลได้ 1 ล้านจุดต่อเดือน ดังนั้นมันจึงเป็นแพลตฟอร์มโปรดส่วนตัวของฉัน

ไปที่ PubNub และสร้างบัญชีของคุณ จากนั้นไปที่เมนูแอพที่เมนูด้านซ้ายแล้วคลิกปุ่ม "+สร้างแอปใหม่" ทางด้านขวา หลังจากตั้งชื่อแอปของคุณแล้ว คุณจะเห็นภาพด้านบนของผู้เผยแพร่และรหัสสมาชิก นั่นคือสิ่งที่เราจะใช้เพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆ

ขั้นตอนที่ 10: เพิ่มคีย์ลงในโค้ดและอัปโหลด

เราต้องการ 4 สิ่งเพื่อให้อุปกรณ์สามารถสื่อสารกันได้:- pubkey, subkey, channel & wifi

pubkey & subkey จะยังคงเหมือนเดิมใน Nodemcu และแอพมือถือทั้งหมด อุปกรณ์ 2 เครื่องที่สื่อสารกันควรมีชื่อช่องเดียวกัน เนื่องจากแอพมือถือและฐานกำลังสื่อสารกันเพื่อให้มีชื่อช่องเหมือนกันสำหรับคอนโทรลเลอร์และมือหุ่นยนต์ สุดท้าย คุณต้องใส่ข้อมูลรับรอง wifi ในแต่ละ Nodemcu เพื่อให้สามารถเชื่อมต่อกับ wifi ในตอนเริ่มต้นได้ ฉันได้เพิ่มชื่อช่องแล้ว ดังนั้น wifi และ pub/sub key คือสิ่งที่คุณจะต้องเพิ่มจากบัญชีของคุณ

หมายเหตุ: - Nodemcu สามารถเชื่อมต่อกับ wifi เท่านั้นซึ่งสามารถเข้าถึงได้โดยไม่ต้องมีหน้าเว็บเป็นตัวกลาง แม้แต่การนำเสนอครั้งสุดท้าย ฉันก็ยังต้องใช้ฮอตสปอตมือถือเนื่องจาก wifi ของมหาวิทยาลัยถูกลาก

ขั้นตอนที่ 11: บทสรุป

หากคุณมาถึงที่นี่ก็เยี่ยมมาก! ฉันหวังว่าคุณจะได้รับสิ่งที่มีค่าจากบทความนี้ โปรเจ็กต์นี้มีข้อจำกัดเล็กๆ น้อยๆ ที่ผมอยากบอกคุณก่อนดำเนินการ นี่คือบางส่วนด้านล่าง:-

การเคลื่อนไหวอย่างกะทันหันของแขนหุ่นยนต์:-

มีการเคลื่อนไหวอย่างกะทันหันของแขนหุ่นยนต์ นี่เป็นเพราะความล่าช้า 0.5 วินาทีสำหรับข้อมูลเซ็นเซอร์ที่จะถ่ายโอนเป็นการเคลื่อนที่ของเซอร์โว ฉันถึงกับทำให้เซอร์โวมอเตอร์ 2 ตัวเสียหาย เพราะฉะนั้นอย่าขยับแขนเร็วเกินไป คุณสามารถแก้ปัญหานี้ได้โดยเพิ่มขั้นตอนกลางระหว่างการเคลื่อนไหวดั้งเดิมเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวที่ราบรื่น

ไม่มีการหยุดการเคลื่อนที่ของฐาน:-

เมื่อฉันทำให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวผ่านแอพมือถือ หุ่นยนต์จะยังคงเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันแม้ว่าฉันจะยกนิ้วขึ้น สิ่งนี้น่ารำคาญเพราะฉันต้องปิดเครื่องเสมอเพื่อหยุดการเคลื่อนไหว ฉันใส่รหัสหยุดในแอปแล้ว แต่ก็ยังใช้งานไม่ได้ อาจเป็นปัญหาในแอปเอง บางทีคุณอาจลองแก้ปัญหาและแจ้งให้เราทราบ

ไม่มีฟีดวิดีโอ:-

หากไม่มีฟีดวิดีโอที่มาจากหุ่นยนต์สู่คน เราก็ไม่สามารถปรับใช้ได้ไกลจากผู้ใช้ ฉันต้องการเพิ่มสิ่งนี้ในตอนแรก แต่จะต้องใช้เวลาและการลงทุนมากกว่านี้

พวกคุณสามารถดำเนินโครงการนี้ต่อไปได้โดยแก้ปัญหาข้างต้น เมื่อคุณทำแล้วแจ้งให้เราทราบ ลา

สำหรับโครงการเพิ่มเติมเยี่ยมชมเว็บไซต์ผลงานของฉัน

รองชนะเลิศการประกวดหุ่นยนต์