Robot FPV Rover controllato tramite Wi-Fi (con Arduino, ESP8266 e motori passo-passo): 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Questa istruzione mostra come progettare un rover robotico a due ruote controllato a distanza su una rete Wi-Fi, utilizzando un Arduino Uno collegato a un modulo Wi-Fi ESP8266 e due motori passo-passo. Il robot può essere controllato da un normale browser Internet, utilizzando un'interfaccia progettata in HTML. Uno smartphone Android viene utilizzato per trasmettere video e audio dal robot all'interfaccia di controllo dell'operatore.

Ci sono molti kit robotici disponibili online con varie forme, dimensioni e prezzi. Ma, a seconda della tua applicazione, nessuno di essi si adatterà e potresti scoprire che sono troppo costosi per i tuoi esperimenti. O forse vuoi solo creare la tua struttura meccanica invece di acquistarne una completa. Questo istruibile mostra anche come progettare e costruire un telaio acrilico a basso costo per il tuo progetto robotico, usando solo strumenti ordinari per coloro che non hanno accesso a quelle costose stampanti 3D o laser cutter. Viene presentata una semplice piattaforma robotica.

Questa guida potrebbe essere adattata per modificarne la forma o l'interfaccia di controllo. È stato adattato per altri miei progetti robotici ("Robô da Alegria"), che puoi controllare nei link qui sotto:

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

[Attenzione: alcune foto sono obsolete, perché il design è stato ulteriormente migliorato. Tuttavia, l'idea qui presentata è ancora valida.]

Passaggio 1: strumenti

I seguenti strumenti sono necessari per la costruzione di questo prototipo:

• Sega a mano (per eseguire i tagli iniziali della lastra acrilica)
• Cacciavite (per il posizionamento di bulloni e dadi)
• Righello (per la misurazione delle dimensioni)
• Coltello multiuso (per tagliare la lastra acrilica)
• Foratrice (per creare fori per i bulloni)
• Carta vetrata (per levigare i bordi ruvidi)

Passaggio 2: struttura meccanica e materiali

Per costruire un robot personalizzato, prima dovrai progettare la tua struttura meccanica. Potrebbe essere facile, a seconda della tua applicazione, o pieno di dettagli e vincoli. Potrebbe essere necessario progettarlo in un software CAD 3D o semplicemente disegnarlo in 2D, a seconda della complessità del modello.

Potresti anche acquistare la struttura completa online se non vuoi costruire la tua struttura meccanica. Ci sono molti kit robotici disponibili online. In questo caso, potresti passare al passaggio 6.

Per questo istruibile, è stato progettato un telaio acrilico a basso costo per il fissaggio dei motori e di altri componenti. La struttura presentata in questo tutorial è stata progettata in 3D utilizzando il software CAD 123D Design. Ogni parte è stata successivamente convertita in 2D utilizzando il software Draftsight.

Sono stati utilizzati i seguenti materiali:

• Foglio acrilico da 2 mm
• Ruote 42x19mm con pneumatico battistrada in gomma (x2)
• Ruota omnidirezionale a sfera in acciaio 49x20x32mm (x1)
• Bulloni M2 x 10 mm (x12)
• Dadi M2 x 1,5 mm (x12)
• Bulloni M3 x 10 mm (x8)
• Dadi M3 x 1,5 mm (x8)
• Bulloni da 5/32" x 1" (x3)
• Dadi 5/32" (x6)
• Clip bastone selfie palmare
• Staffa in alluminio 3 x 3 cm (x4)

La costruzione della struttura della base si articola nelle seguenti fasi:

1. Tagliare la base in acrilico secondo le dimensioni del disegno 2D;
2. Eseguire i fori nelle posizioni indicate nel disegno 2D;
3. Montare i componenti con bulloni e dadi secondo il disegno 3D.

Sfortunatamente il diametro dell'albero del motore passo-passo è maggiore dell'orifizio sulla ruota. Quindi probabilmente dovrai usare la colla per accoppiare questi componenti. Per questo tutorial ho improvvisato un accoppiamento in legno tra l'albero motore e la ruota.

Passaggio 3: tagliare la struttura

Per prima cosa dovrai trasferire le dimensioni del tuo modello sulla lastra acrilica. Stampa il tuo disegno 2D utilizzando una normale stampante su una carta adesiva, quindi taglia la carta in dimensioni adeguate e applica quella maschera sulla superficie dell'acrilico.

Potresti usare una sega a mano per tagliare l'acrilico in base alle tue dimensioni o utilizzare la tecnica di rottura descritta di seguito.

Con un taglierino e con l'aiuto di un righello o di una scala, tagliare l'acrilico in linea retta. Non sarà necessario tagliare completamente il foglio, basta segnarlo per creare alcune tracce in cui il pezzo verrà successivamente tagliato.

Posiziona l'acrilico su una superficie piana, tienilo in posizione con alcuni morsetti e applica una certa pressione fino a quando il foglio non si spezza in due. Ripetere questo processo fino a quando tutti i tagli sono stati eseguiti. Successivamente, potresti usare una carta vetrata per levigare i bordi ruvidi.

Passaggio 4: forare la base

Eseguire i fori nelle posizioni indicate nel disegno 2D (indicate nella maschera) con un trapano.

L'acrilico è relativamente facile da forare. Quindi, se non disponi di un trapano, puoi praticare i fori manualmente con uno strumento affilato, come un taglierino. Potresti anche usarlo per allargare piccoli fori per adattarli alle dimensioni dei bulloni.

Togli la maschera e la tua base sarà pronta.

Passaggio 5: assemblaggio della struttura

Monta i componenti con bulloni e dadi secondo le immagini e la tua struttura sarà pronta per l'uso.

I bulloni M3 sono utilizzati per l'installazione dei motori passo-passo, mentre quelli da 5/32 sono utilizzati per l'installazione della ruota anteriore e della clip dello smartphone.

Ora prenditi una pausa e inizia ad assemblare il circuito nel passaggio successivo…

Passaggio 6: elettronica

Avrai bisogno dei seguenti componenti elettronici:

• Arduino Uno (acquista)
• ESP8266 (acquista)
• Protoshield (per una versione più compatta) o una normale breadboard (acquista)
• Resistenza da 1 kohm (x2)
• Resistenza da 10 kohm (x1)
• Alcuni ponticelli
• Motore passo-passo con driver ULN2003 (x2) (acquista / acquista)
• Un computer (per compilare e caricare il codice Arduino)
• Power bank (acquista)
• cavo USB

Non avrai bisogno di attrezzi specifici per il montaggio del circuito. Tutti i componenti li trovi online sul tuo e-commerce preferito. Il circuito è alimentato da un power bank collegato alla porta USB di Arduino.

Collegare tutti i componenti secondo lo schema. Avrai bisogno di alcuni ponticelli per collegare il modulo ESP-8266 e i motori passo-passo. Potresti usare un protoshield (per un circuito più compatto), una normale breadboard o progettare il tuo scudo Arduino. Collega il cavo USB alla scheda Arduino Uno e procedi al passaggio successivo.

Passaggio 7: codice Arduino

Installa l'ultimo IDE Arduino. In questo progetto è stata utilizzata la libreria stepper.h per il controllo dei motori passo passo. Non era necessaria alcuna libreria aggiuntiva per la comunicazione con il modulo ESP-8266. Controlla il baudrate del tuo ESP8266 e impostalo correttamente nel codice.

Scarica il codice Arduino (stepperRobot.ino) e sostituisci XXXXX con il SSID del router wifi e YYYYY con la password del router. Collega la scheda Arduino alla porta USB del tuo computer e carica il codice.

Passaggio 8: telecamera IP Android

Uno smartphone Android è stato utilizzato per trasmettere il video e l'audio dal robot all'interfaccia di controllo. Puoi trovare l'app su Google Play Store (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.pas.webcam).

Installalo e vai al passaggio successivo.

Passaggio 9: inserire i circuiti nel robot

Installare i circuiti nella parte superiore del robot utilizzando alcuni bulloni M1, come mostrato nelle immagini.

Successivamente, incolla il tuo power bank nella parte posteriore del robot usando un nastro biadesivo (perché è facile da rimuovere in seguito) e inserisci il tuo smartphone nella clip.

Passaggio 10: interfaccia di controllo basata sul Web

Per il controllo del robot è stata progettata un'interfaccia html.

Scarica interface.rar ed estrai tutti i file in una determinata cartella. Quindi aprilo su Firefox.

Un modulo di casella di testo viene utilizzato in tale interfaccia per inserire gli indirizzi IP del modulo ESP e del server video/audio (dall'app Android IP Webcam).

C'è un test ma, che farà girare il robot fino a quando non viene ricevuto un altro comando. I tasti freccia della tastiera vengono utilizzati per spostare il robot in avanti o indietro e per ruotare a sinistra oa destra.

Passaggio 11: utilizzo

Quando Arduino verrà riavviato, proverà a connettere automaticamente la tua rete Wi-Fi. Usa il monitor seriale per verificare se la connessione ha avuto successo e per ottenere quale IP è stato assegnato al tuo ESP-8266 dal tuo router. Apri il file html in un browser Internet (Firefox) e comunica questo indirizzo IP nella casella di testo.

Potresti anche utilizzare altri mezzi per scoprire quale indirizzo IP il tuo router ha assegnato al tuo dispositivo.

Scollega l'Arduino Uno dal tuo computer e collegalo al power bank. Attendi che si connetta di nuovo.

Avvia l'app IP Webcam nello smartphone collegato al robot. Digita l'IP video/audio sulla tua interfaccia di controllo e connettiti al server e sarai pronto per partire. Potrebbe essere necessario ridurre la risoluzione del video nell'app per ridurre il ritardo durante la trasmissione.

Fai clic e tieni premuti i pulsanti freccia della tua tastiera per ruotare il robot o spostarlo avanti/indietro e divertiti ad esplorare il tuo ambiente.