Veicolo robotico a guida autonoma per principianti con prevenzione delle collisioni: 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Ciao! Benvenuto nel mio Instructable per principianti su come creare il tuo veicolo robotico a guida autonoma con prevenzione delle collisioni e navigazione GPS. Sopra c'è un video di YouTube che mostra il robot. È un modello per dimostrare come funziona un vero veicolo autonomo. Tieni presente che molto probabilmente il mio robot avrà un aspetto diverso dal tuo prodotto finale.

Per questa build avrai bisogno di:

- Kit funzionale robotico OSEPP (include bulloni, cacciaviti, cavi, ecc.) ($ 98,98)

- Arduino Mega 2560 Rev3 ($ 40,30)

- Bussola digitale HMC5883L ($ 6,99)

- Sensore a ultrasuoni HC-SR04 ($ 3,95)

- NEO-6M GPS e antenna ($ 12,99)

- Modulo Bluetooth HC-05 ($ 7,99)

- Cavo USB Mini B (potresti averlo in giro) ($ 5,02)

- Uno smartphone Android

- Sei batterie AA da 1,5 Volt ciascuna

- Qualsiasi materiale non magnetico a forma di bastoncino (come l'alluminio) che desideri riciclare

- Nastro biadesivo

- Un trapano a mano

Passaggio 1: assemblaggio dello chassis e della mobilità del robot

Spiegazione: non è un veicolo se non si muove! Il veicolo robotico più elementare richiede ruote, motori e un telaio (o il "corpo" del robot). Invece di acquistare ciascuna di queste parti separatamente, consiglio vivamente di acquistare un kit per un veicolo robotico di avviamento. Per il mio progetto, ho utilizzato il kit funzionale robotico OSEPP perché includeva una miriade di parti e strumenti disponibili e ho ritenuto che una configurazione del serbatoio fosse la migliore per la stabilità del robot, oltre a semplificare la nostra programmazione richiedendo solo due motori.

Procedimento: Non ti sarebbe utile se ripetessi semplicemente il manuale di montaggio, che puoi trovare qui (hai anche l'opzione di una configurazione del serbatoio triangolare). Consiglierei solo di tenere tutti i cavi il più vicino possibile al robot e lontano da terra o dalle ruote, in particolare per i cavi dei motori.

Se desideri un'opzione economica rispetto all'acquisto di un kit costoso, potresti anche riciclare una vecchia auto RC funzionante e utilizzare i motori, le ruote e il telaio da quella, ma non sono sicuro di quanto siano compatibili Arduino e il suo codice con quelli parti particolari. È una scommessa migliore scegliere il kit di OSEPP.

Passaggio 2: incorporare Arduino

Spiegazione: poiché questa è una guida per principianti, vorrei spiegare rapidamente cos'è Arduino per tutti i lettori che potrebbero non avere familiarità con il suo utilizzo in elettronica. Un Arduino è un tipo di microcontrollore, il che significa che fa esattamente questo: controlla il robot. Puoi scrivere istruzioni in codice sul tuo computer che verranno tradotte in una lingua che Arduino può capire, quindi puoi caricare quelle istruzioni in Arduino e Arduino inizierà immediatamente a tentare di eseguire quelle istruzioni quando viene acceso. L'Arduino più comune è l'Arduino Uno, che è incluso nel kit OSEPP, ma avrai bisogno dell'Arduino Mega per questo progetto perché si tratta di un progetto su larga scala rispetto a quello di cui è capace l'Arduino Uno. Puoi usare Arduino Uno del kit per altri progetti divertenti.

Procedura: L'Arduino può essere fissato al robot utilizzando delle fascette o avvitando dei distanziali sulla base del robot.

Vorremmo che Arduino controllasse i motori del nostro robot, ma i motori non possono connettersi direttamente ad Arduino. Pertanto, abbiamo bisogno di attaccare il nostro scudo motore (che proveniva dal nostro kit) sopra l'Arduino per poter formare una connessione con i cavi del motore e l'Arduino. I perni provenienti dalla parte inferiore dello scudo del motore dovrebbero adattarsi perfettamente ai "fori" dell'Arduino Mega. I cavi che si estendono dai motori si inseriscono nelle fessure sullo schermo del motore come nell'immagine sopra. Queste fessure vengono aperte e chiuse ruotando un cacciavite in una rientranza a forma di + nella parte superiore della fessura.

Successivamente, Arduino ha bisogno di tensione per funzionare. Il kit funzionale robotico OSEPP avrebbe dovuto essere fornito con un portabatterie adatto per sei batterie. Dopo aver inserito sei batterie nel supporto, inserire i fili che si estendono dal supporto della batteria nelle fessure sullo schermo del motore destinate alla tensione.

Passaggio 3: aggiunta del controllo Bluetooth

Procedura: dopo aver capito Arduino, aggiungere il modulo Bluetooth è facile inserendo i quattro poli del modulo Bluetooth nello slot a quattro fori sullo scudo del motore, come mostrato sopra.

Incredibilmente semplice! Ma non abbiamo finito. Il modulo Bluetooth è solo la metà del controllo Bluetooth effettivo. L'altra metà è configurare l'app remota sul nostro dispositivo Android. Useremo l'app sviluppata da OSEPP che è pensata per il robot assemblato dal Robotic Functional Kit. Potresti usare un'altra app remota sul tuo dispositivo, o potresti persino crearne una tua, ma per i nostri scopi, non vogliamo reinventare la ruota. OSEPP ha anche istruzioni su come installare la propria app, che non può essere installata dal Google Play Store. Puoi trovare queste istruzioni qui. Il layout del telecomando che installi potrebbe essere diverso dal tutorial, e questo va bene.

Passaggio 4: aggiunta di prevenzione delle collisioni

Spiegazione: ora che il robot è mobile, è ora in grado di urtare muri e oggetti di grandi dimensioni, che possono potenzialmente danneggiare il nostro hardware. Pertanto, stiamo incorporando il nostro sensore a ultrasuoni nella parte anteriore del robot, proprio come si vede nell'immagine sopra.

Procedura: Il kit funzionale robotico OSEPP include tutte le parti che vedi lì, ad eccezione del sensore a ultrasuoni. Quando hai assemblato il telaio seguendo il manuale di istruzioni che avevo collegato, dovresti aver già costruito questo supporto per il sensore a ultrasuoni. Il sensore può essere semplicemente inserito nei due fori del supporto, ma dovresti tenere il sensore in posizione con un elastico per evitare che cada dal supporto. Inserire un cavo che combaci con tutti e quattro i poli del sensore e collegare l'altra estremità del cavo alla colonna 2 di pin sullo schermo del motore.

È possibile includere più sensori a ultrasuoni, a condizione che si disponga dell'hardware per tenerli in posizione.

Passaggio 5: aggiunta di un GPS e di una bussola

Spiegazione: abbiamo quasi completato il nostro robot! Questa è la parte più difficile dell'assemblaggio del nostro robot. Vorrei prima spiegare il GPS e la bussola digitale. L'Arduino fa riferimento al GPS per raccogliere i dati satellitari della posizione attuale del robot, in termini di latitudine e longitudine. Questa latitudine e longitudine vengono utilizzate quando accoppiate con le letture della bussola digitale e questi numeri vengono inseriti in una serie di formule matematiche nell'Arduino per calcolare quale movimento dovrebbe fare il robot per raggiungere la sua destinazione. Tuttavia, la bussola viene espulsa in presenza di materiali ferrosi, o materiali contenenti ferro e quindi magnetici.

Procedura: per mitigare qualsiasi potenziale interferenza da parte dei componenti ferrosi del nostro robot, prenderemo il nostro alluminio a forma di asta e lo piegheremo in una lunga forma a V, come nell'immagine sopra. Questo per creare una certa distanza dai materiali ferrosi sul robot.

L'alluminio può essere piegato a mano o utilizzando uno strumento manuale di base. La lunghezza del tuo alluminio non ha importanza, ma assicurati che l'alluminio a forma di V risultante non sia eccessivamente pesante.

Usa il nastro biadesivo per attaccare il modulo GPS, l'antenna GPS e la bussola digitale al supporto in alluminio. MOLTO IMPORTANTE: la bussola digitale e l'antenna GPS devono essere posizionate all'apice dell'apparecchio in alluminio, come mostrato nell'immagine sopra. Inoltre, la bussola digitale dovrebbe avere due frecce a forma di L. Assicurati che la freccia x punti verso la parte anteriore del robot.

Praticare dei fori su entrambe le estremità dell'alluminio in modo che un dado possa essere avvitato attraverso l'alluminio e un foro sul telaio del robot.

Collega il cavo della bussola digitale all'Arduino Mega, nella piccola "presa" proprio sotto lo slot di tensione sullo scudo del motore. Collegare un cavo dallo spot sul GPS etichettato "RX" al pin TX314 sull'Arduino Mega (non sullo scudo del motore), un altro cavo dallo spot etichettato "TX" al pin RX315, un altro cavo da "VIN" sul GPS al pin 3V3 sullo schermo del motore e un cavo finale da "GND" sul GPS al pin GND sullo schermo del motore.

Passaggio 6: riunire tutto con il codice

Procedimento: È arrivato il momento di dare al nostro Arduino Mega il codice che ho già preparato per voi. Puoi scaricare gratuitamente l'applicazione Arduino qui. Quindi, scarica ciascuno dei file che ho di seguito (so che sembra molto, ma la maggior parte di questi sono file molto piccoli). Ora, apri MyCode.ino, l'applicazione Arduino dovrebbe aprirsi, quindi in alto fai clic su Strumenti, quindi su Scheda e infine Arduino Mega o Mega 2560. Successivamente, in alto, fai clic su Schizzo, quindi su Mostra cartella di schizzi. Questo aprirà la posizione del file di MyCode.ino sul tuo PC. Fai clic e trascina tutti gli altri file che hai scaricato da questo Instructable nel file MyCode.ino. Torna all'applicazione Arduino e fai clic sul segno di spunta in alto a destra in modo che il programma possa tradurre il codice in un linguaggio macchina che Arduino può capire.

Ora che hai tutto il codice pronto, collega il tuo PC ad Arduino Mega usando il tuo cavo USB Mini B. Torna all'applicazione Arduino con MyCode.ino aperto e fai clic sul pulsante freccia verso destra in alto a destra dello schermo per caricare il codice in Arduino. Attendi fino a quando l'applicazione ti dice che il caricamento è completo. A questo punto il tuo robot è pronto! Ora dobbiamo testarlo.

Accendi Arduino utilizzando l'interruttore sullo scudo del motore e apri l'app remota OSEPP sul tuo dispositivo Android. Assicurati che il modulo Bluetooth sul robot lampeggi con una luce blu e seleziona la connessione Bluetooth all'apertura dell'app. Attendi che l'app dica che si è connessa al tuo robot. Sul telecomando, dovresti avere i controlli standard sinistra-destra-su-giù alla tua sinistra e i pulsanti A-B-X-Y sulla destra. Con il mio codice, i pulsanti X e Y non fanno nulla, ma il pulsante A serve per salvare la latitudine e la longitudine correnti del robot, e il pulsante B serve per consentire al robot di iniziare a spostarsi verso quella posizione salvata. Assicurati che il GPS abbia una luce rossa lampeggiante quando si utilizzano i pulsanti A e B. Ciò significa che il GPS si è connesso ai satelliti e sta raccogliendo dati, ma se la luce non lampeggia, porta semplicemente il robot all'esterno con vista diretta del cielo e attendi pazientemente. I cerchi in basso sono pensati per essere joystick, ma non vengono utilizzati in questo progetto. La parte centrale dello schermo registrerà le informazioni sui movimenti del robot, che sono state utili durante i miei test.

Grazie mille a OSEPP, così come lombarobot id e EZTech su YouTube per avermi fornito le basi per scrivere il codice per questo progetto. Si prega di supportare queste parti:

OSEPP

Canale EZTech

lombarobot id channel

Passaggio 7: espansione facoltativa: rilevamento di oggetti

All'inizio di questo Instructable, ho detto che l'immagine del mio veicolo robotico che hai visto all'inizio sarà diversa dal tuo prodotto finito. In particolare mi riferisco al Raspberry Pi e alla fotocamera che vedete sopra.

Questi due componenti lavorano insieme per rilevare segnali di stop o luci di stop rosse nel percorso del robot e si fermano temporaneamente, il che rende il robot un modello più vicino a un vero veicolo autonomo. Esistono diverse applicazioni del Raspberry Pi che possono essere applicate al tuo veicolo. Se desideri lavorare ulteriormente sul tuo veicolo robotico includendo il Raspberry Pi, ti consiglio vivamente di acquistare il corso di Rajandeep Singh sulla costruzione di un veicolo a guida autonoma con rilevamento di oggetti. Puoi trovare il suo corso completo su Udemy qui. Rajandeep non mi ha chiesto di gridare il suo corso; Sento semplicemente che è un istruttore meraviglioso che ti coinvolgerà in veicoli autonomi.