หุ่นยนต์ FPV Rover ที่ควบคุมด้วย Wi-Fi (พร้อม Arduino, ESP8266 และ Stepper Motors): 11 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

คำแนะนำนี้แสดงวิธีการออกแบบหุ่นยนต์โรเวอร์สองล้อที่ควบคุมจากระยะไกลผ่านเครือข่าย wi-fi โดยใช้ Arduino Uno ที่เชื่อมต่อกับโมดูล Wi-Fi ESP8266 และสเต็ปเปอร์มอเตอร์สองตัว หุ่นยนต์สามารถควบคุมได้จากอินเทอร์เน็ตเบราว์เซอร์ทั่วไป โดยใช้อินเทอร์เฟซที่ออกแบบด้วย HTML สมาร์ทโฟน Android ใช้เพื่อออกอากาศวิดีโอและเสียงจากหุ่นยนต์ไปยังส่วนต่อประสานการควบคุมของผู้ปฏิบัติงาน

มีชุดอุปกรณ์หุ่นยนต์ออนไลน์มากมายที่มีรูปร่าง ขนาด และราคาที่หลากหลาย แต่ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันของคุณ ไม่มีสิ่งใดที่เหมาะสม และคุณอาจพบว่ามันแพงเกินไปสำหรับการทดสอบของคุณ หรือบางทีคุณอาจต้องการสร้างโครงสร้างทางกลของคุณแทนที่จะซื้อโครงสร้างที่สมบูรณ์ คำแนะนำนี้ยังแสดงวิธีออกแบบและสร้างกรอบอะคริลิกราคาประหยัดสำหรับโครงการหุ่นยนต์ของคุณเองโดยใช้เครื่องมือธรรมดาสำหรับผู้ที่ไม่มี เข้าถึงเครื่องพิมพ์ 3 มิติหรือเครื่องตัดเลเซอร์ราคาแพงเหล่านั้น มีการนำเสนอแพลตฟอร์มหุ่นยนต์อย่างง่าย

คู่มือนี้อาจปรับเปลี่ยนรูปร่างหรือส่วนต่อประสานการควบคุม มันถูกดัดแปลงสำหรับโปรเจ็กต์หุ่นยนต์อื่นๆ ของฉัน ("Robô da Alegria") ซึ่งคุณสามารถตรวจสอบในลิงก์ด้านล่าง:

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

[คำเตือน: รูปภาพบางรูปล้าสมัย เนื่องจากการออกแบบได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม แนวคิดที่นำเสนอนี้ยังคงใช้ได้]

ขั้นตอนที่ 1: เครื่องมือ

เครื่องมือต่อไปนี้จำเป็นสำหรับการสร้างต้นแบบนี้:

• เลื่อยมือ (เพื่อทำการตัดแผ่นอะคริลิกเบื้องต้น)
• ไขควง (สำหรับวางสลักเกลียวและน็อต)
• ไม้บรรทัด (สำหรับการวัดขนาด)
• มีดเอนกประสงค์ (สำหรับตัดแผ่นอะครีลิค)
• เครื่องเจาะ (เพื่อสร้างรูสำหรับสลักเกลียว)
• กระดาษทราย (เพื่อให้ขอบหยาบเรียบ)

ขั้นตอนที่ 2: โครงสร้างเครื่องกลและวัสดุ

ในการสร้างหุ่นยนต์แบบกำหนดเอง ก่อนอื่นคุณต้องออกแบบโครงสร้างทางกลของคุณ มันอาจจะง่าย ขึ้นอยู่กับใบสมัครของคุณ หรือเต็มไปด้วยรายละเอียดและข้อจำกัด คุณอาจต้องออกแบบในซอฟต์แวร์ 3D CAD หรือเพียงแค่วาดใน 2D ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของแบบจำลองของคุณ

คุณอาจซื้อโครงสร้างทั้งหมดทางออนไลน์ หากคุณไม่ต้องการสร้างโครงสร้างทางกลของคุณเอง มีชุดอุปกรณ์หุ่นยนต์ออนไลน์มากมาย ในกรณีนี้ คุณอาจข้ามไปยังขั้นตอนที่ 6

สำหรับคำแนะนำนี้ เฟรมอะครีลิกราคาประหยัดได้รับการออกแบบสำหรับการติดมอเตอร์และส่วนประกอบอื่นๆ โครงสร้างที่นำเสนอในบทช่วยสอนนี้เป็นแบบ 3 มิติที่ออกแบบโดยใช้ซอฟต์แวร์ 123D Design CAD แต่ละส่วนถูกแปลงเป็น 2D ในภายหลังโดยใช้ซอฟต์แวร์ Draftsight

ใช้วัสดุต่อไปนี้:

• แผ่นอะครีลิค 2 มม.
• ล้อขนาด 42x19 มม. พร้อมยางดอกยาง (x2)
• ลูกเหล็กกลมขนาด 49x20x32 มม. (x1)
• สลักเกลียว M2 x 10 มม. (x12)
• น็อต M2 x 1, 5 มม. (x12)
• สลักเกลียว M3 x 10 มม. (x8)
• น็อต M3 x 1, 5 มม. (x8)
• สลักเกลียว 5/32" x 1" (x3)
• ถั่ว 5/32" (x6)
• คลิปไม้เซลฟี่แบบใช้มือถือ
• ฉากยึดอะลูมิเนียม 3 x 3 ซม. (x4)

การสร้างโครงสร้างของฐานแบ่งออกเป็นขั้นตอนต่อไปนี้:

1. ตัดฐานอะคริลิกตามขนาดในแบบ 2 มิติ
2. เจาะรูในตำแหน่งที่แสดงในรูปวาด 2 มิติ
3. ติดตั้งส่วนประกอบด้วยสลักเกลียวและน็อตตามรูปวาด 3 มิติ

น่าเสียดายที่เส้นผ่านศูนย์กลางของเพลาสเต็ปเปอร์มอเตอร์นั้นมากกว่าปากบนล้อ ดังนั้น คุณอาจต้องใช้กาวในการจับคู่ส่วนประกอบเหล่านั้น สำหรับบทช่วยสอนนี้ ฉันได้ปรับปรุงการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างเพลามอเตอร์กับล้อ

ขั้นตอนที่ 3: การตัดโครงสร้าง

ขั้นแรก คุณจะต้องย้ายขนาดของแบบจำลองของคุณไปที่แผ่นอะคริลิก พิมพ์ภาพวาด 2 มิติของคุณโดยใช้เครื่องพิมพ์ธรรมดาบนกระดาษกาว จากนั้นตัดกระดาษในขนาดที่เหมาะสมและใช้หน้ากากนั้นบนพื้นผิวของอะคริลิก

คุณอาจใช้เลื่อยมือเพื่อตัดอะครีลิคตามขนาดของคุณ หรือใช้เทคนิคการแตกตามที่อธิบายไว้ด้านล่าง

ด้วยมีดอรรถประโยชน์และด้วยความช่วยเหลือของไม้บรรทัดหรือตาชั่ง ให้ตัดอะครีลิคเป็นเส้นตรง คุณไม่จำเป็นต้องตัดผ่านแผ่นงาน แค่ให้คะแนนเพื่อสร้างแทร็กที่จะตัดชิ้นนั้นในภายหลัง

วางอะคริลิกบนพื้นผิวเรียบ จับเข้าที่ด้วยที่หนีบและใช้แรงกดจนกว่าแผ่นจะแตกออกเป็นสองส่วน ทำซ้ำขั้นตอนนี้จนกว่าการตัดทั้งหมดจะเสร็จสิ้น หลังจากนั้น คุณอาจใช้กระดาษทรายปาดขอบหยาบให้เรียบ

ขั้นตอนที่ 4: เจาะฐาน

เจาะรูในตำแหน่งที่แสดงในรูปวาด 2 มิติ (ระบุในหน้ากาก) ด้วยเครื่องเจาะ

อะครีลิคค่อนข้างเจาะง่าย ดังนั้นหากคุณไม่ทิ้งเครื่องเจาะ คุณสามารถเจาะรูด้วยตนเองด้วยเครื่องมือที่คม เช่น มีดเอนกประสงค์ คุณอาจใช้เพื่อขยายรูเล็กๆ เพื่อให้พอดีกับขนาดสลักเกลียว

ถอดหน้ากากออกและฐานของคุณจะพร้อม

ขั้นตอนที่ 5: การประกอบโครงสร้าง

ติดตั้งส่วนประกอบด้วยสลักเกลียวและน็อตตามภาพ แล้วโครงสร้างของคุณจะพร้อมใช้งาน

สลักเกลียว M3 ใช้สำหรับติดตั้งสเต็ปเปอร์มอเตอร์ ขณะที่ 5/32 ใช้สำหรับติดตั้งล้อหน้าและคลิปหนีบสมาร์ทโฟน

ตอนนี้หยุดพักและเริ่มประกอบวงจรในขั้นตอนต่อไปนี้ …

ขั้นตอนที่ 6: อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

คุณจะต้องมีส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ดังต่อไปนี้:

• Arduino Uno (ซื้อ)
• ESP8266 (ซื้อ)
• Protoshield (สำหรับรุ่นที่กะทัดรัดกว่า) หรือเขียงหั่นขนมธรรมดา (ซื้อ)
• ตัวต้านทาน 1 โอห์ม (x2)
• ตัวต้านทาน 10 kohm (x1)
• สายจัมเปอร์บางส่วน
• สเต็ปเปอร์มอเตอร์พร้อม ULN2003driver (x2) (ซื้อ / ซื้อ)
• คอมพิวเตอร์ (สำหรับรวบรวมและอัปโหลดโค้ด Arduino)
• พาวเวอร์แบงค์ (ซื้อ)
• สาย USB

คุณไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือเฉพาะสำหรับการประกอบวงจร ส่วนประกอบทั้งหมดสามารถพบได้ทั่วไปในร้านค้าอีคอมเมิร์ซที่คุณชื่นชอบ วงจรนี้ใช้พลังงานจากแบตสำรองที่เชื่อมต่อกับพอร์ต USB ของ Arduino

เชื่อมต่อส่วนประกอบทั้งหมดตามแผนผัง คุณจะต้องใช้สายจัมเปอร์เพื่อเชื่อมต่อโมดูล ESP-8266 กับสเต็ปเปอร์มอเตอร์ คุณอาจใช้โปรโตชิลด์ (สำหรับวงจรที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น) เขียงหั่นขนมธรรมดา หรือการออกแบบที่คุณเป็นเจ้าของ Arduino shield เสียบสาย USB เข้ากับบอร์ด Arduino Uno และดำเนินการในขั้นตอนต่อไป

ขั้นตอนที่ 7: รหัส Arduino

ติดตั้ง Arduino IDE ล่าสุด ในโปรเจ็กต์นี้ ไลบรารี stepper.h ถูกใช้สำหรับการควบคุมสเต็ปเปอร์มอเตอร์ ไม่จำเป็นต้องใช้ไลบรารีเพิ่มเติมสำหรับการสื่อสารกับโมดูล ESP-8266 โปรดตรวจสอบ Baudrate ของคุณ ESP8266 และตั้งค่าอย่างถูกต้องในรหัส

ดาวน์โหลดรหัส Arduino (stepperRobot.ino) และแทนที่ XXXXX ด้วยเราเตอร์ไร้สาย SSID และ YYYYY ด้วยรหัสผ่านเราเตอร์ เชื่อมต่อบอร์ด Arduino เข้ากับพอร์ต USB ของคอมพิวเตอร์และอัปโหลดโค้ด

ขั้นตอนที่ 8: Android IP Cam

มีการใช้สมาร์ทโฟน Android เพื่อถ่ายทอดวิดีโอและเสียงจากหุ่นยนต์ไปยังส่วนต่อประสานการควบคุม คุณอาจพบแอปในร้านค้า Google Play (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.pas.webcam)

ติดตั้งและไปยังขั้นตอนถัดไป

ขั้นตอนที่ 9: ใส่วงจรใน Robot

ติดตั้งวงจรที่ด้านบนของหุ่นยนต์โดยใช้สลักเกลียว M1 ตามที่แสดงในภาพ

หลังจากนั้น กาวพาวเวอร์แบงค์ของคุณที่ด้านหลังของหุ่นยนต์โดยใช้เทปกาวสองหน้า (เพราะง่ายต่อการถอดออกในภายหลัง) และใส่สมาร์ทโฟนของคุณลงในคลิป

ขั้นตอนที่ 10: ส่วนต่อประสานการควบคุมบนเว็บ

อินเทอร์เฟซ html ได้รับการออกแบบสำหรับการควบคุมหุ่นยนต์

ดาวน์โหลด interface.rar และแตกไฟล์ทั้งหมดไปยังโฟลเดอร์ที่กำหนด จากนั้นเปิดบน Firefox

แบบฟอร์มข้อความใช้ในอินเทอร์เฟซนั้นเพื่อป้อนที่อยู่ IP ของโมดูล ESP และของเซิร์ฟเวอร์วิดีโอ/เสียง (จากแอป Android IP Webcam)

มีการทดสอบแต่จะทำให้หุ่นยนต์หมุนจนกว่าจะได้รับคำสั่งอโนเตอร์ ปุ่มลูกศรบนแป้นพิมพ์ใช้สำหรับเคลื่อนหุ่นยนต์ไปข้างหน้าหรือข้างหลัง และเพื่อหมุนไปทางซ้ายหรือขวา

ขั้นตอนที่ 11: การใช้งาน

เมื่อรีสตาร์ท Arduino จะพยายามเชื่อมต่อเครือข่าย Wi-Fi ของคุณโดยอัตโนมัติ ใช้ Serial Monitor เพื่อตรวจสอบว่าการเชื่อมต่อสำเร็จหรือไม่ และรับ IP ที่ถูกกำหนดให้กับ ESP-8266 โดยเราเตอร์ของคุณ เปิดไฟล์ html ในอินเทอร์เน็ตเบราว์เซอร์ (Firefox) และแจ้งที่อยู่ IP นี้ในกล่องข้อความ

คุณอาจใช้วิธีอื่นเพื่อค้นหาที่อยู่ IP ที่คุณเราเตอร์กำหนดให้กับอุปกรณ์ของคุณ

ตัดการเชื่อมต่อ Arduino Uno จากคอมพิวเตอร์ของคุณและเชื่อมต่อกับธนาคารพลังงาน รอให้เชื่อมต่ออีกครั้ง

เปิดแอป IP Webcam ในสมาร์ทโฟนที่ต่อกับหุ่นยนต์ พิมพ์ IP ของวิดีโอ/เสียงบนอินเทอร์เฟซการควบคุมของคุณ แล้วเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์ เท่านี้คุณก็พร้อมใช้งานแล้ว คุณอาจต้องลดความละเอียดของวิดีโอในแอปเพื่อลดความล่าช้าระหว่างการส่ง

คลิกปุ่มลูกศรบนแป้นพิมพ์ค้างไว้เพื่อหมุนหุ่นยนต์หรือเลื่อนไปข้างหน้า/ข้างหลัง และสนุกกับการสำรวจสภาพแวดล้อมของคุณ