Construya un robot de telepresencia controlado a través de Wifi: 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Este proyecto trata sobre la construcción de un robot que pueda interactuar con un entorno remoto y ser controlado desde cualquier parte del mundo mediante Wifi. Este es mi proyecto de ingeniería de último año y aprendí mucho sobre electrónica, IoT y programación a través de él. Este proyecto está enfocado a personas con discapacidades de locomoción, ya que tienen dificultades para moverse, por lo que un robot de telepresencia puede ayudarlas fácilmente.

Hay 2 sistemas dentro del proyecto para que sea exitoso. Control de movimiento de su mano para mover la mano robótica y la aplicación móvil que controla la base del motor.

A continuación se muestra el documento y la presentación de Telepresence V1 para que obtenga una comprensión más profunda.

¡Es hora de construirlo!

Suministros

Se necesitan muchas herramientas y componentes para este proyecto. Me costó alrededor de 1000 AED (270 $), así que asegúrese de tener ese presupuesto. Estos son los componentes que necesitará: -

1. MCU de nodo x 3
2. Controlador de motor de CC L298N x 1
3. Fuente de alimentación de 12V x 1
4. Regulador de voltaje reductor LM2596 x 1
5. Sensores IMU MPU9250 x 2
6. Servomotores (par de 10-20 kg) x 4
7. madera ligera 1x1m
8. Varillas metálicas roscadas 8M 1m x 2
9. Impresora 3D (30x30cm)
10. leñador y perforador
11. Cables eléctricos, cables de puente y placa de pruebas
12. Manga de brazo completo
13. Motor de 12V CC (25 kg.cm) x 2
14. Rueda giratoria de 3 pulgadas x 1
15. Rueda de goma de 6 cm con montaje de tornillo x 2
16. Kit de soldadura

Paso 1: ¿Cómo funciona?

Este es el diagrama de flujo de comunicación para hacerle comprender cómo se comunican los componentes entre sí. ¡Estamos utilizando la Red de transferencia de datos llamada PubNub como una plataforma de IoT que puede enviar mensajes en tiempo real en solo 0.5 segundos! Esa es la respuesta más rápida que podemos obtener y esto es aún más importante en nuestro proyecto, ya que usaremos nuestra mano para controlar el brazo del robot en tiempo real.

Todos los Nodemcu se utilizan para enviar y recibir datos. Hay 2 sistemas individuales involucrados aquí donde Nodemcu en el brazo envía los datos del sensor de movimiento a PubNub y eso es recibido por Nodemcu en el brazo robótico. para el movimiento de la base, la aplicación móvil envía los datos para las coordenadas x, y desde el joystick y Nodemcu los recibe en la base, que puede controlar el motor a través del controlador. Eso es todo por ahora.

Paso 2: diseño

El diseño anterior le dará una idea de cómo se ve la estructura. Puede descargar los archivos CAD para verlos mejor. La base del rover está sostenida por 3 ruedas, 2 de las cuales son motor de CC en la parte trasera y una rueda giratoria en la parte delantera. Debido al movimiento del brazo robótico, noté inestabilidad en la base, por lo que podría considerar agregar 2 ruedas giratorias al frente. La base de madera inferior y superior están sostenidas por varillas roscadas intercaladas con tuercas. Asegúrese de utilizar una contratuerca, ya que la mantendrá apretada de forma permanente a largo plazo.

Descargar archivo fuente de diseño - Diseño de telepresencia

Paso 3: Impresión 3D del brazo y cálculo del par

El brazo del robot de telepresencia tiene un diseño simple en la forma de la caja para que se pueda imprimir en 3d fácilmente con la mínima cantidad de filamento. Su longitud es de unos 40 cm, que es tan larga como un brazo humano. La longitud del brazo robótico se basa en el par elevado por los servomotores. Puede encontrar el cálculo de par en la imagen de arriba junto con las especificaciones del servomotor que utilicé para que pueda personalizar el diseño según sus necesidades. Pero evite usar el par máximo del servomotor, ya que eso terminará dañando el motor a largo plazo.

Descargue los archivos de impresión 3D a continuación, imprímalos y siga avanzando.

Paso 4: Fabricación y montaje de la base

Estos son los pasos que puede seguir para la fabricación:

1. Corte la varilla de metal roscada en el punto medio con una sierra
2. Utilice leñador para hacer 2 piezas de madera de 40x30cm.
3. Taladre los agujeros necesarios en la base superior e inferior como en el dibujo de arriba
4. Comience a colocar el motor de CC y las ruedas giratorias en la base inferior
5. Para hacer un agujero rectangular en la base superior, primero haga un agujero circular con el taladro y luego inserte el leñador a través del agujero y recórtelo en los bordes para hacer un rectángulo.

Si se pregunta por qué el orificio superior derecho se coloca al revés, es porque no estaba seguro de si colocaría el brazo robótico en la esquina derecha del centro. Colocarlo en el centro fue una mejor opción debido al equilibrio de peso.

Paso 5: Montaje del brazo robótico

El montaje del brazo robótico requiere una atención especial. Aparte del ensamblaje mecánico, debe asegurarse de que el servomotor esté en el ángulo correcto cuando esté ensamblado. Siga el diagrama anterior para que tenga una idea de en qué ángulo debe colocarse el servomotor en todos los motores antes de montar algo en la parte superior. Intente hacer bien esta pieza, de lo contrario, terminará volviéndola a montar.

Use la plantilla de código a continuación para establecer el ángulo exacto del servo usando Arduino o Nodemcu. Ya hay mucha información sobre esto en línea, por lo que no entraré en detalles.

#incluir

Servo servo;

int pin =; // poner el número de pin donde se adjunta el pin de datos del servo en arduino

configuración vacía () {

servo.attach (pin);

}

bucle vacío () {

int ángulo =; // ángulo en el que necesita establecer

servo.write (ángulo);

}

Paso 6: Circuito del controlador del brazo

El ensamblaje del controlador del brazo es simple de hacer. Usé una manga larga y adjunté los sensores, Nodemcu y tablero con costura. Asegúrese de que la orientación del sensor esté en la misma dirección que la imagen del controlador anterior. Finalmente, siga el diagrama del circuito y descargue el código a continuación.

Paso 7: Circuito del robot de telepresencia

Siga el diagrama del circuito de la misma manera. Verifique los pines de la fuente de alimentación que está utilizando para evitar cortocircuitos. Establezca el voltaje de salida del convertidor reductor en 7 V, ya que ese es el voltaje promedio de todos los servomotores. El único lugar que puede soldar son los terminales del motor de CC base, ya que consume mucha corriente, por lo que debe ajustarse con un cable eléctrico un poco más grueso. Una vez que el circuito esté completo, luego cargarás el 'arm_subscriber.ino' a Nodemcu que se conecta con arm y 'base.ino' para ser cargado en la base Nodemcu.

Paso 8: Aplicación móvil

Este es el móvil para controlar la locomoción. Cuando mueves el joystick, envía las coordenadas X, Y del círculo del joystick a Pubnub y las recibe Nodemcu en la base. Esta coordenada X, Y se convierte al ángulo y usándola podemos encontrar en qué dirección irá el robot. El movimiento se realiza encendiendo / apagando y cambiando de dirección los dos motores. Si el comando es Adelante, ambos motores avanzan a la velocidad máxima, si está a la izquierda, entonces el motor izquierdo irá hacia atrás y el motor derecho irá hacia adelante y así sucesivamente.

la función anterior se puede hacer simplemente con botones también en lugar de un joystick, pero elijo el joystick para controlar la velocidad del motor también. Sin embargo, mi pin de habilitación no funcionó con Nodemcu, así que dejé esa parte. He agregado un código de control de velocidad en base.ino por si acaso como comentario.

Puede obtener el archivo de origen.aia a continuación, que se puede editar con el inventor de la aplicación MIT. Tendrás que hacer una configuración básica en la aplicación que te contaré en el siguiente paso.

Paso 9: Cree una cuenta en Pubnub y obtenga las claves

Ahora es el momento de dar el paso final, que es configurar su plataforma de IoT. Pubnub es el mejor porque la transferencia de datos ocurre en tiempo real y solo toma 0.5 segundos para transferir. Además, puede enviar 1 millón de puntos de datos por mes, por lo que es mi plataforma favorita.

Vaya a PubNub y cree su cuenta. Luego, vaya a los menús de aplicaciones en el menú de la izquierda y haga clic en el botón llamado "+ Crear nueva aplicación" a la derecha. Después de nombrar su aplicación, verá la imagen anterior de la clave de editor y suscriptor. Eso es lo que usaremos para conectar los dispositivos.

Paso 10: agregue las claves al código y cargue

Necesitamos 4 cosas para que el dispositivo pueda comunicarse entre sí: - pubkey, subkey, channel & wifi.

pubkey y subkey seguirán siendo las mismas en todas las aplicaciones móviles y de Nodemcu. 2 dispositivos que se comunican entre sí deben tener el mismo nombre de canal. Dado que la aplicación móvil y la base se están comunicando, tendrá el mismo nombre de canal similar para el controlador y la mano robótica. Finalmente, debe poner credenciales wifi en cada Nodemcu para que pueda conectarse a wifi al principio. Ya agregué el nombre del canal, por lo que wifi y pub / sub key es lo que tendrá que agregar desde su cuenta.

Nota: - Nodemcu solo puede conectarse con wifi al que se puede acceder sin página web como intermedio. Incluso para mi presentación final tuve que usar un punto de acceso móvil ya que el wifi de la universidad era un arrastre.

Paso 11: Conclusión

Si llegaste hasta aquí, ¡IMPRESIONANTE! Espero que haya obtenido algo de valor con este artículo. Este proyecto tiene pequeñas limitaciones que quiero contarte antes de que lo ejecutes. Aquí hay algunos a continuación: -

Movimiento brusco del brazo robótico: -

Hay mucho movimiento repentino del brazo robótico. Esto se debe al retraso de 0,5 segundos para que la información del sensor se transfiera como un movimiento del servo. Incluso dañé 2 de los servomotores, así que no muevas el brazo demasiado rápido. Puede resolver este problema agregando pasos intermedios entre el movimiento original para crear un movimiento suave.

Sin detención del movimiento de la base: -

cuando hago que el robot se mueva en una dirección a través de una aplicación móvil, el robot sigue moviéndose en la misma dirección incluso cuando levanto los dedos. Esto era molesto ya que siempre tenía que apagar la corriente para detener el movimiento. Inserté el código de detención en la aplicación, pero aún así no funcionó. Podría ser un problema en la propia aplicación. Quizás puedas intentar solucionarlo y avisarme.

Sin alimentación de video: -

Sin la transmisión de video proveniente de un robot a una persona, nunca podremos implementarlo lejos del usuario. Quería agregar esto inicialmente, pero requeriría más tiempo e inversión, así que lo dejé.

Ustedes pueden llevar este proyecto más lejos resolviendo el problema anterior. Cuando lo hagas, házmelo saber. Despedida

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Finalista en el Concurso de Robótica