Robot FPV Rover sterowany przez Wi-Fi (z Arduino, ESP8266 i silnikami krokowymi): 11 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Ta instrukcja pokazuje, jak zaprojektować zdalnie sterowany dwukołowy robot łazik przez sieć Wi-Fi, używając Arduino Uno podłączonego do modułu Wi-Fi ESP8266 i dwóch silników krokowych. Robotem można sterować ze zwykłej przeglądarki internetowej, korzystając z interfejsu zaprojektowanego w języku HTML. Smartfon z systemem Android służy do przesyłania obrazu i dźwięku z robota do interfejsu sterowania operatora.

W Internecie dostępnych jest wiele zestawów robotów o różnych kształtach, wymiarach i cenach. Ale, w zależności od aplikacji, żaden z nich nie będzie pasował i może się okazać, że są zbyt drogie dla twoich eksperymentów. A może po prostu chcesz zrobić swoją mechaniczną konstrukcję zamiast kupować kompletną. Ta instrukcja pokazuje również, jak zaprojektować i zbudować tanią akrylową ramę do własnego projektu robota, używając zwykłych narzędzi dla tych, którzy nie mają dostęp do drogich drukarek 3D lub wycinarek laserowych. Przedstawiono prostą platformę robota.

Ten przewodnik może zostać dostosowany, aby zmienić jego kształt lub interfejs sterowania. Został przystosowany do innych moich projektów robotycznych ("Robô da Alegria"), które możesz sprawdzić w poniższych linkach:

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

[Ostrzeżenie: niektóre zdjęcia są nieaktualne, ponieważ projekt został ulepszony. Jednak przedstawiony tutaj pomysł jest nadal aktualny.]

Krok 1: Narzędzia

Do budowy tego prototypu potrzebne są następujące narzędzia:

• Piła ręczna (do wykonywania wstępnych nacięć płyty akrylowej)
• Wkrętak (do mocowania śrub i nakrętek)
• Linijka (do pomiaru wymiarów)
• Nóż uniwersalny (do cięcia płyty akrylowej)
• Wiertarka (do tworzenia otworów pod śruby)
• Papier ścierny (do wygładzenia szorstkich krawędzi)

Krok 2: Struktura mechaniczna i materiały

Aby zbudować niestandardowego robota, najpierw musisz zaprojektować strukturę mechaniczną. Może to być proste, w zależności od aplikacji, lub pełne szczegółów i ograniczeń. Może być konieczne zaprojektowanie go w oprogramowaniu CAD 3D lub po prostu narysowanie w 2D, w zależności od złożoności modelu.

Możesz również kupić całą konstrukcję online, jeśli nie chcesz budować własnej konstrukcji mechanicznej. W Internecie dostępnych jest wiele zestawów robotów. W takim przypadku możesz przejść do kroku 6.

W tym celu zaprojektowano niedrogą ramę akrylową do mocowania silników i innych komponentów. Konstrukcja prezentowana w tym samouczku została zaprojektowana w 3D przy użyciu oprogramowania 123D Design CAD. Każda część została później przekonwertowana w 2D za pomocą oprogramowania Draftsight.

Użyto następujących materiałów:

• Arkusz akrylowy 2 mm
• Koła 42x19mm z gumową oponą bieżnikową (x2)
• 49x20x32mm stalowa kulka omni koło (x1)
• Śruby M2 x 10mm (x12)
• Nakrętki M2 x 1,5 mm (x12)
• Śruby M3 x 10mm (x8)
• Nakrętki M3 x 1,5 mm (x8)
• Śruby 5/32" x 1" (x3)
• Nakrętki 5/32" (x6)
• Klip do ręcznego selfie
• Wspornik aluminiowy 3 x 3 cm (x4)

Budowa konstrukcji bazy podzielona jest na następujące etapy:

1. Wytnij podstawę akrylową zgodnie z wymiarami na rysunku 2D;
2. Wywierć otwory w pozycjach pokazanych na rysunku 2D;
3. Zamontuj elementy za pomocą śrub i nakrętek zgodnie z rysunkiem 3D.

Niestety średnica wałka silnika krokowego jest większa niż kryza na kole. Więc prawdopodobnie będziesz musiał użyć kleju, aby połączyć te elementy. W tym samouczku zaimprowizowałem drewniane sprzęgło między wałem silnika a kołem.

Krok 3: Cięcie struktury

Najpierw musisz przenieść wymiary swojego modelu na arkusz akrylowy. Wydrukuj swój rysunek 2D za pomocą zwykłej drukarki na papierze samoprzylepnym, następnie wytnij papier do odpowiednich wymiarów i nałóż tę maskę na powierzchnię akrylu.

Możesz użyć piły ręcznej, aby wyciąć akryl na swoje wymiary lub zastosować technikę łamania opisaną poniżej.

Za pomocą noża uniwersalnego i za pomocą linijki lub skali wytnij akryl prostymi liniami. Nie musisz przecinać całego arkusza, po prostu nacinaj go, aby utworzyć kilka ścieżek, w których kawałek będzie później cięty.

Umieść akryl na płaskiej powierzchni, przytrzymaj go kilkoma zaciskami i dociśnij, aż arkusz pęknie na dwie części. Powtarzaj ten proces, aż wszystkie cięcia zostaną wykonane. Następnie możesz użyć papieru ściernego do wygładzenia szorstkich krawędzi.

Krok 4: Wiercenie w podstawie

Za pomocą wiertarki wywiercić otwory w pozycjach pokazanych na rysunku 2D (wskazane na masce).

Akryl stosunkowo łatwo się wierci. Jeśli więc nie pozbywasz się wiertarki, możesz wywiercić otwory ręcznie ostrym narzędziem, takim jak nóż uniwersalny. Możesz go również użyć do powiększenia małych otworów, aby dopasować rozmiary śrub.

Zdejmij maskę, a twoja baza będzie gotowa.

Krok 5: Montaż konstrukcji

Zamontuj elementy za pomocą śrub i nakrętek zgodnie z obrazkami, a Twoja konstrukcja będzie gotowa do pracy.

Śruby M3 służą do montażu silników krokowych, natomiast śruby 5/32 służą do montażu przedniego koła i klipsa do smartfona.

Teraz zrób sobie przerwę i zacznij składać obwód w następnym kroku…

Krok 6: Elektronika

Potrzebne będą następujące elementy elektroniczne:

• Arduino Uno (kup)
• ESP8266 (kup)
• Protoshield (dla bardziej kompaktowej wersji) lub zwykła płytka stykowa (kup)
• Rezystor 1 kΩ (x2)
• Rezystor 10 kΩ (x1)
• Niektóre przewody połączeniowe
• Silnik krokowy ze sterownikiem ULN2003 (x2) (kup/kup)
• Komputer (do kompilacji i wgrywania kodu Arduino)
• Power bank (kup)
• Kabel USB

Do montażu obwodu nie będą potrzebne specjalne narzędzia. Wszystkie komponenty znajdziesz online w swoim ulubionym sklepie e-commerce. Układ zasilany jest przez power bank podłączony do portu USB Arduino.

Połącz wszystkie komponenty zgodnie ze schematem. Do połączenia modułu ESP-8266 z silnikami krokowymi potrzebne będą zworki. Możesz użyć protoshield (dla bardziej kompaktowego obwodu), zwykłej płytki stykowej lub zaprojektować własną osłonę Arduino. Podłącz kabel USB do płytki Arduino Uno i przejdź do następnego kroku.

Krok 7: Kod Arduino

Zainstaluj najnowsze środowisko Arduino IDE. W projekcie wykorzystano bibliotekę stepper.h do sterowania silnikami krokowymi. Do komunikacji z modułem ESP-8266 nie była potrzebna dodatkowa biblioteka. Sprawdź szybkość transmisji swojego ESP8266 i ustaw ją poprawnie w kodzie.

Pobierz kod Arduino (stepperRobot.ino) i zastąp XXXXX identyfikatorem SSID routera Wi-Fi i YYYYY hasłem routera. Podłącz płytkę Arduino do portu USB komputera i prześlij kod.

Krok 8: Kamera IP z Androidem

Do transmisji obrazu i dźwięku z robota do interfejsu sterowania użyto smartfona z systemem Android. Aplikację znajdziesz w sklepie Google Play (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.pas.webcam).

Zainstaluj go i przejdź do następnego kroku.

Krok 9: Umieść obwody w robocie

Zamontuj obwody w górnej części robota za pomocą śrub M1, jak pokazano na ilustracjach.

Następnie przyklej power bank z tyłu robota za pomocą taśmy dwustronnej (ponieważ łatwo ją później usunąć) i włóż smartfon do klipsa.

Krok 10: Internetowy interfejs sterowania

Do sterowania robotem zaprojektowano interfejs html.

Pobierz interface.rar i rozpakuj wszystkie pliki do podanego folderu. Następnie otwórz go w Firefoksie.

W tym interfejsie służy formularz pola tekstowego do wpisywania adresów IP modułu ESP i serwera wideo/audio (z aplikacji Android IP Webcam).

Jest test ale, który sprawi, że robot będzie się kręcił aż do otrzymania kolejnego polecenia. Klawisze strzałek na klawiaturze służą do przesuwania robota do przodu lub do tyłu oraz do obracania w lewo lub w prawo.

Krok 11: Użycie

Po ponownym uruchomieniu Arduino spróbuje automatycznie połączyć się z siecią Wi-Fi. Użyj monitora szeregowego, aby sprawdzić, czy połączenie powiodło się i uzyskać, który adres IP został przypisany do Twojego ESP-8266 przez router. Otwórz plik html w przeglądarce internetowej (Firefox) i podaj ten adres IP w polu tekstowym.

Możesz także użyć innych sposobów, aby dowiedzieć się, jaki adres IP routera przypisał Twojemu urządzeniu.

Odłącz Arduino Uno od komputera i podłącz go do power banku. Poczekaj, aż połączy się ponownie.

Uruchom aplikację IP Webcam w smartfonie podłączonym do robota. Wpisz wideo/audio IP w interfejsie sterowania i połącz się z serwerem, a będziesz gotowy do pracy. Może być konieczne zmniejszenie rozdzielczości wideo w aplikacji, aby zmniejszyć opóźnienie między transmisją.

Kliknij i przytrzymaj przyciski strzałek na swojej klawiaturze, aby obrócić robota lub przesunąć go do przodu/do tyłu i baw się dobrze eksplorując otoczenie.