Costruisci un robot di telepresenza controllato tramite Wi-Fi: 11 passaggi (con immagini)

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

Questo progetto riguarda la costruzione di un robot in grado di interagire con un ambiente remoto ed essere controllato da qualsiasi parte del mondo tramite Wi-Fi. Questo è il mio progetto di ingegneria dell'ultimo anno e ho imparato molto sull'elettronica, sull'IoT e sulla programmazione. Questo progetto è incentrato sulle persone con disabilità motorie poiché hanno difficoltà a spostarsi in modo che un robot di telepresenza possa assisterle facilmente.

Ci sono 2 sistemi all'interno del progetto per renderlo di successo. Controllo del movimento della tua mano per muovere la mano robotica e l'app mobile che controlla la base del motore.

Di seguito sono riportati il documento e la presentazione di Telepresence V1 in modo da ottenere una comprensione più approfondita.

È ora di costruirlo!

Forniture

Per questo progetto sono necessari molti strumenti e componenti. Mi è costato circa 1000 AED (270$), quindi assicurati di avere quel budget. Ecco i componenti di cui avrai bisogno: -

1. Nodo MCU x 3
2. Driver motore CC L298N x 1
3. Alimentazione 12V x 1
4. LM2596 Regolatore di tensione step-down x 1
5. MPU9250 Sensori IMU x 2
6. Servomotori (coppia 10-20kg) x 4
7. legno leggero 1x1m
8. Barre metalliche filettate 8M 1m x 2
9. Stampante 3D (30x30 cm)
10. taglialegna e perforatore
11. Cavi elettrici, cavi per ponticelli e breadboard
12. Manica intera
13. Motore 12V DC (25kg.cm) x 2
14. Ruota da 3 pollici x 1
15. Ruota in gomma da 6 cm con attacco a vite x 2
16. Kit di saldatura

Passaggio 1: come funziona?

Questo è il diagramma di flusso della comunicazione per farti capire come i componenti comunicano tra loro. Stiamo utilizzando la rete di trasferimento dati chiamata PubNub come piattaforma IoT in grado di inviare messaggi in tempo reale in soli 0,5 secondi! Questa è la risposta più rapida che possiamo ottenere e questo è ancora più importante nel nostro progetto poiché useremo la mano per controllare il braccio del robot in tempo reale.

Tutti i Nodemcu sono utilizzati per l'invio e la ricezione di dati. Ci sono 2 singoli sistemi coinvolti qui in cui Nodemcu sul braccio invia i dati del sensore di movimento a PubNub e questo viene ricevuto da Nodemcu sul braccio robotico. per il movimento della base, l'app mobile invia i dati per le coordinate x, y dal joystick e che viene ricevuto da Nodemcu sulla base che può controllare il motore tramite il driver. È tutto per ora.

Passaggio 2: progettazione

Il design sopra ti darà un'idea di come appare la struttura. Puoi scaricare i file cad per avere un aspetto migliore. La base del rover è supportata da 3 ruote di cui 2 con motore DC nella parte posteriore e una ruota anteriore. A causa del movimento del braccio robotico, ho notato instabilità sulla base, quindi potresti considerare di aggiungere 2 ruote piroettanti davanti. La base in legno inferiore e superiore è supportata da barre filettate racchiuse da dadi. Assicurati di utilizzare il controdado poiché ciò lo renderà stretto in modo permanente a lungo termine.

Scarica il file sorgente del design - Design in telepresenza

Passaggio 3: stampa 3D del braccio e del calcolo della coppia

Il braccio del robot di telepresenza è un design semplice a forma di scatola in modo che possa essere facilmente stampato in 3D con una quantità minima di filamento. La sua lunghezza è di circa 40 cm, lunga quanto un braccio umano. La lunghezza del braccio robotico si basa sulla coppia sollevata dai servomotori. Puoi trovare il calcolo della coppia nell'immagine sopra insieme alle specifiche del servomotore che ho usato in modo da poter personalizzare il design in base alle tue esigenze. Ma evita di utilizzare la coppia massima del servomotore poiché ciò finirà per danneggiare il motore a lungo termine.

Scarica i file di stampa 3D di seguito, stampali e continua ad andare avanti.

Passaggio 4: fabbricazione e assemblaggio della base

Ecco i passaggi che puoi seguire per la fabbricazione: -

1. Tagliare l'asta di metallo filettata nel punto medio usando la sega
2. Usa il taglialegna per fare 2 pezzi di legno di 40x30 cm
3. Praticare i fori necessari alla base superiore e inferiore come nel disegno sopra
4. Inizia ad attaccare il motore CC e le ruote piroettanti sulla base inferiore
5. Per fare un foro rettangolare sulla base superiore, prima fai un foro circolare con il trapano e poi inserisci il taglialegna attraverso il foro e taglialo lungo i bordi per creare un rettangolo.

se ti stai chiedendo perché il foro in alto a destra è posizionato all'indietro, allora è perché non ero sicuro di posizionare il braccio robotico nell'angolo destro al centro. Posizionarlo al centro è stata una scelta migliore per via del bilanciamento del peso.

Passaggio 5: assemblaggio del braccio robotico

L'assemblaggio del braccio robotico richiede un'attenzione speciale. Oltre all'assemblaggio meccanico, devi assicurarti che il servomotore sia con l'angolazione corretta quando viene assemblato. Segui lo schema sopra per darti un'idea di quale angolo deve essere impostato il servomotore su tutti i motori prima di assemblare qualsiasi cosa sopra. Cerca di ottenere questa parte giusta altrimenti finirai per rimontarla di nuovo.

Usa il modello di codice seguente per impostare l'angolo esatto del servo usando Arduino o Nodemcu. Ci sono già molte informazioni su questo online, quindi non entrerò nei dettagli.

#includere

Servo servo;

int pin =; // inserisci il numero del pin in cui è collegato il pin dei dati del servo su arduino

void setup() {

servo.attach(pin);

}

ciclo vuoto() {

int angolo =; //angolo a cui devi impostare

servo.write(angolo);

}

Passaggio 6: circuito del controller del braccio

Il montaggio del controller del braccio è semplice da eseguire. Ho usato una manica lunga e ho attaccato i sensori, Nodemcu e breadboard con il cucito. Assicurati che l'orientamento del sensore sia nella stessa direzione dell'immagine del controller sopra. Infine, segui lo schema del circuito e scarica il codice qui sotto.

Passaggio 7: circuito del robot di telepresenza

Seguire allo stesso modo lo schema del circuito. Verificare i pinout dell'alimentatore che si sta utilizzando per evitare cortocircuiti. Impostare la tensione di uscita del convertitore buck su 7V poiché questa è la tensione media di tutti i servomotori. L'unico posto che potresti saldare sono i terminali del motore CC di base poiché consuma molta corrente, quindi deve essere stretto con un filo elettrico leggermente più spesso. Una volta completato il circuito, successivamente caricherai 'arm_subscriber.ino' su Nodemcu che si connette con arm e 'base.ino' da caricare sulla base Nodemcu.

Passaggio 8: app mobile

Questo è il cellulare per controllare la locomozione. Quando muovi il joystick, invia le coordinate X, Y sul cerchio del joystick a Pubnub e ricevute da Nodemcu alla base. Questa coordinata X, Y viene convertita nell'angolo e utilizzandola possiamo trovare la direzione in cui andrà il robot. Il movimento avviene accendendo/spegnendo e cambiando direzione dei due motori. Se il comando è Avanti allora entrambi i motori vanno avanti alla massima velocità, se sinistro allora il motore sinistro andrà indietro e il motore destro va avanti e così via.

la funzione di cui sopra può essere semplicemente eseguita con i pulsanti anche invece di un joystick, ma scelgo il joystick per controllare anche la velocità del motore. Tuttavia, il mio pin di abilitazione non funzionava con Nodemcu, quindi ho lasciato quella parte. Ho aggiunto un codice di controllo della velocità in base.ino per ogni evenienza come commento.

È possibile ottenere il file sorgente.aia di seguito che può essere modificato utilizzando l'inventore dell'app MIT. Dovrai fare una configurazione di base nell'app che dirò nel passaggio successivo.

Passaggio 9: crea un account su Pubnub e ottieni le chiavi

Ora è il momento di fare il passaggio finale, ovvero configurare la tua piattaforma IoT. Pubnub è il migliore perché il trasferimento dei dati avviene in tempo reale e richiede solo 0,5 secondi per il trasferimento. Inoltre, puoi inviare 1 milione di punti dati al mese, quindi è la mia piattaforma personale preferita.

Vai su PubNub e crea il tuo account. Quindi vai ai menu App nel menu a sinistra e fai clic sul pulsante chiamato "+ Crea nuova app" a destra. Dopo aver nominato la tua app, vedrai l'immagine sopra della chiave dell'editore e dell'abbonato. Questo è ciò che useremo per connettere i dispositivi.

Passaggio 10: aggiungi le chiavi al codice e carica

Abbiamo bisogno di 4 cose in modo che il dispositivo possa comunicare tra loro: - pubkey, sottochiave, canale e wifi.

pubkey e sottochiave rimarranno gli stessi su tutta la Nodemcu e l'app mobile. 2 dispositivi che comunicano tra loro dovrebbero avere lo stesso nome di canale. Poiché l'app mobile e la base comunicano, avranno lo stesso nome del canale simile per il controller e la mano robotica. Infine, devi inserire le credenziali wifi su ciascun Nodemcu in modo che possa connettersi al wifi all'inizio. Ho già aggiunto il nome del canale, quindi il wifi e la chiave pub/sub è ciò che dovrai aggiungere dal tuo account.

Nota: - Nodemcu può connettersi solo con wifi a cui è possibile accedere senza pagina web come intermediario. Anche per la mia presentazione finale ho dovuto usare l'hotspot mobile poiché il wifi dell'università era trascinato.

Passaggio 11: conclusione

Se sei arrivato fino a qui, allora FANTASTICO! Spero che tu abbia guadagnato qualcosa di valore da questo articolo. Questo progetto ha delle piccole limitazioni che voglio dirti prima di eseguirlo. Eccone alcuni di seguito: -

Movimento brusco del braccio robotico: -

C'è molto movimento improvviso del braccio robotico. Ciò è dovuto a 0,5 secondi di ritardo per il trasferimento delle informazioni del sensore come movimento del servo. Ho persino danneggiato 2 servomotori, quindi non muovere il braccio troppo rapidamente. Puoi risolvere questo problema aggiungendo passaggi intermedi tra il movimento originale per creare un movimento fluido.

Nessun arresto del movimento della base:-

quando faccio muovere il robot in una direzione tramite un'app mobile, il robot continua a muoversi nella stessa direzione anche quando alzo le dita. Questo era fastidioso poiché dovevo sempre spegnere l'alimentazione per fermare il movimento. Ho inserito il codice di arresto nell'app ma non ha funzionato. Potrebbe essere un problema nell'app stessa. Forse puoi provare a risolverlo e fammi sapere.

Nessun feed video: -

Senza il feed video proveniente dal robot alla persona, non possiamo mai distribuire lontano dall'utente. Volevo aggiungere questo inizialmente, ma avrei richiesto più tempo e investimenti, quindi l'ho lasciato.

Ragazzi, potete portare avanti questo progetto risolvendo il problema di cui sopra. Quando lo fai poi fammi sapere. Addio

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Secondo classificato al concorso di robotica