Bygg en telepresence -robotstyrd via wifi: 11 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:43

Detta projekt handlar om att bygga en robot som kan interagera med en avlägsen miljö och styras från alla delar av världen med hjälp av Wifi. Detta är mitt sista års ingenjörsprojekt och jag lärde mig mycket om elektronik, IoT och programmering. Detta projekt är inriktat på personer med rörelsehinder eftersom de har svårt att röra sig så att en telepresensrobot enkelt kan hjälpa dem.

Det finns två system inom projektet för att göra det framgångsrikt. Rörelsekontroll av din hand för att flytta robothanden och mobilappen som styr motorns bas.

Nedan finns dokumentet och presentationen av Telepresence V1 så att du får en mer ingående förståelse.

Dags att bygga det!

Tillbehör

Många verktyg och komponenter behövs för detta projekt. Det kostade mig runt 1000 AED (270 $) så se till att du har den budgeten. Här är komponenterna du behöver:-

1. Nod MCU x 3
2. L298N DC Motor Driver x 1
3. 12V strömförsörjning x 1
4. LM2596 Step-Down Spänningsregulator x 1
5. MPU9250 IMU -sensorer x 2
6. Servomotorer (10-20 kg vridmoment) x 4
7. lätt trä 1x1m
8. 8M gängade metallstavar 1m x 2
9. 3D -skrivare (30x30cm)
10. trähuggare och borrmaskin
11. Elektriska ledningar, bygeltrådar och brödbräda
12. Full arm ärm
13. 12V likströmsmotor (25kg.cm) x 2
14. 3-tums hjulhjul x 1
15. 6 cm gummihjul med skruvfäste x 2
16. Lödkit

Steg 1: Hur fungerar det?

Detta är kommunikationsflödesschemat för att få dig att förstå hur komponenter kommunicerar med varandra. Vi använder Data Transfer Network som kallas PubNub som en IoT-plattform som kan skicka meddelanden i realtid på bara 0,5 sekunder! Det är det snabbaste svaret vi kan få och detta är ännu viktigare i vårt projekt eftersom vi kommer att använda vår hand för att styra robotens arm i realtid.

Alla Nodemcu används för att skicka och ta emot data. Det finns två individuella system involverade här där Nodemcu på armen skickar rörelsesensordata till PubNub och som tas emot av Nodemcu på robotarmen. för basrörelse skickar mobilappen data för x, y -koordinaten från joysticken och som tas emot av Nodemcu på basen som kan styra motorn genom föraren. Det var allt tills vidare.

Steg 2: Design

Ovanstående design ger dig en uppfattning om hur strukturen ser ut. Du kan ladda ner cad -filerna för att se bättre ut. Roverns bas stöds av 3 hjul där 2 är likströmsmotor bak och ett hjul framför. På grund av rörelsen i robotarmen märkte jag instabilitet på basen så att du kan överväga att lägga till 2 hjul framför. Botten och topp träbotten stöds av gängade stavar som är inklämda med muttrar. Se till att du använder låsmutter, eftersom det kommer att göra det stramt permanent på lång sikt.

Ladda ner Design Source File - Telepresence Design

Steg 3: 3D -utskrift av arm- och vridmomentberäkning

Telepresensrobotens arm är en enkel design i lådans form så att den enkelt kan skrivas ut i 3D med minimal mängd filament. Dess längd är cirka 40 cm vilket är lika långt som en mänsklig arm. Robotarmens längd är baserad på vridmomentet som lyfts av servomotorerna. Du kan hitta momentberäkningen på bilden ovan tillsammans med specifikationerna för servomotorn som jag använde så att du kan anpassa designen efter dina behov. Men undvik att använda servomotorns maximala vridmoment eftersom det kommer att skada motorn i längden.

Ladda ner 3D -utskriftsfilerna nedan, skriv ut dem och fortsätt framåt.

Steg 4: Tillverkning och montering av basen

Här är stegen du kan följa för tillverkning:-

1. Skär den gängade metallstången i mitten med hjälp av såg
2. Använd träklippare för att göra 2 träbitar på 40x30cm
3. Borra de nödvändiga hålen på toppen och botten som ovanstående ritning
4. Börja fästa likströmsmotorn och hjulen på botten
5. För att göra ett rektangelhål på den övre basen, gör först ett cirkulärt hål med borrmaskinen och sätt sedan in trähuggaren genom hålet och trimma det över kanterna för att göra en rektangel.

om du undrar varför det högra övre hålet är placerat bakåt, så beror det på att jag inte var säker på om jag skulle placera robotarmen i det högra hörnet i mitten. Att placera den i mitten var ett bättre val på grund av viktbalansen.

Steg 5: Montering av robotarm

Montering av robotarm kräver särskild uppmärksamhet. Annat än mekanisk montering måste du se till att servomotorn har rätt vinkel när den monteras. Följ diagrammet ovan för att ge dig en uppfattning om vilken vinkel servomotorn ska ställas på alla motorer innan du monterar något ovanpå. Försök att få den här delen rätt annars kommer du att montera ihop den igen.

Använd nedanstående kodmall för att ställa in den exakta servovinkeln med Arduino eller Nodemcu. Det finns redan mycket information om detta online så jag kommer inte att gå in på detaljer.

#omfatta

Servoservo;

int pin =; // sätt in pin -numret där servodatapinnen är ansluten på arduino

void setup () {

servo. fäst (stift);

}

void loop () {

int vinkel =; // vinkel som du måste ställa in

servo.write (vinkel);

}

Steg 6: Circuit of Arm Controller

Armkontrollenheten är enkel att göra. Jag använde en lång ärm och fäste sensorerna, Nodemcu & breadboard med sömnad. Se till att sensorns orientering är i samma riktning som ovanstående styrbild. Följ slutligen kretsschemat och ladda ner koden nedan.

Steg 7: Circuit of Telepresence Robot

Följ kretsschemat på samma sätt. Kontrollera de stängningar av strömförsörjningen som du använder för att undvika kortslutning. Ställ in omvandlarens utspänning till 7V eftersom det är genomsnittsspänningen för alla servomotorer. Det enda stället du kan löda är terminalerna på bas -likströmsmotorn eftersom den förbrukar mycket ström så måste vara tätt med lite tjockare elkabel. När kretsen är klar kommer du senare att ladda upp 'arm_subscriber.ino' till Nodemcu som ansluts med arm och 'base.ino' som ska laddas upp på basnodemcu.

Steg 8: Mobilapp

Detta är mobilen för att styra rörelsen. När du flyttar joysticken skickar den X, Y -koordinaterna på joystickcirkeln till Pubnub och tas emot av Nodemcu vid basen. Denna X, Y -koordinat konverteras till vinkeln och med den kan vi hitta vilken riktning roboten kommer att gå. Rörelse sker genom att slå på/av och riktningsändring av de två motorerna. Om kommandot är Framåt går båda motorerna framåt med full hastighet, om vänster går vänster motor bakåt och höger motor går framåt och så vidare.

ovanstående funktion kan enkelt göras med knappar också istället för en joystick men jag väljer joystick för att också styra motorns hastighet. Min aktiveringsnål fungerade dock inte med Nodemcu så jag lämnade den delen. Jag har lagt till en hastighetskodskod i base.ino för säkerhets skull som en kommentar.

Du kan få källfilen.aia nedan som kan redigeras med MIT app inventor. Du måste göra en grundläggande konfiguration i appen som jag kommer att berätta i nästa steg.

Steg 9: Skapa konto på Pubnub & Get the Keys

Nu är det dags att göra det sista steget som är att konfigurera din IoT -plattform. Pubnub är det bästa eftersom dataöverföring sker i realtid och tar bara 0,5 sekunder att överföra. Dessutom kan du skicka 1 miljon datapunkter per månad så det är min personliga favoritplattform.

Gå till PubNub och skapa ditt konto. Gå sedan till Apps -menyerna i den vänstra menyn och klicka på knappen "+Skapa ny app" till höger. När du har namngivit din app ser du bilden ovan av utgivaren och prenumerantnyckeln. Det är vad vi kommer att använda för att ansluta enheterna.

Steg 10: Lägg till nycklarna i koden och ladda upp

Vi behöver 4 saker så att enheten kan kommunicera med varandra:- pubkey, subkey, channel & wifi.

pubkey & subkey kommer att förbli densamma på alla Nodemcu- och mobilappen. 2 enheter som kommunicerar med varandra bör ha samma kanalnamn. Eftersom mobilappen och basen kommunicerar så att samma kanalnamn liknar controller och robothand. Slutligen måste du ange wifi -referenser på varje Nodemcu så att den kan ansluta till wifi i början. Jag har redan lagt till kanalnamnet så wifi och pub/sub -nyckel är vad du måste lägga till från ditt konto.

Obs:- Nodemcu kan bara ansluta med wifi som kan nås utan webbsida som mellanliggande. Även för min sista presentation var jag tvungen att använda mobil hotspot eftersom universitetets wifi var dra.

Steg 11: Slutsats

Om du nådde hit tills HÄR är FANTASTISKT! Jag hoppas att du fick något värdefullt av den här artikeln. Detta projekt har små begränsningar som jag vill berätta för dig innan du genomför det. Här är några nedan:-

Plötslig rörelse av robotarm:-

Det är mycket plötslig rörelse i robotarmen. Detta beror på 0,5 sekunders fördröjning för sensorinformationen att överföras som en servorörelse. Jag skadade till och med 2 av servomotorn så rör inte armen för snabbt. Du kan lösa detta problem genom att lägga till mellanliggande steg mellan den ursprungliga rörelsen för att skapa jämn rörelse.

Ingen stoppning av basrörelsen:-

när jag får roboten att röra sig i en riktning genom en mobilapp, fortsätter roboten att röra sig i samma riktning även när jag lyfter fingrarna. Detta var irriterande eftersom jag alltid var tvungen att stänga av strömmen för att stoppa rörelsen. Jag infogade stoppkoden i appen men det fungerade fortfarande inte. Det kan vara ett problem i själva appen. Kanske kan du försöka lösa det och meddela mig.

Inget videoflöde:-

Utan att videoflöden kommer från robot till person kan vi aldrig distribuera långt ifrån användaren. Jag ville lägga till detta från början men skulle kräva mer tid och investeringar så lämnade det.

Ni kan ta detta projekt vidare genom att lösa ovanstående problem. Låt mig veta när du gör det. Farväl

För fler projekt besök min portföljwebbplats

Tvåa i Robotics Contest