Robot FPV Rover controlado por Wi-Fi (con Arduino, ESP8266 y motores paso a paso): 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Este instructivo muestra cómo diseñar un rover robótico de dos ruedas controlado de forma remota a través de una red wi-fi, utilizando un Arduino Uno conectado a un módulo Wi-Fi ESP8266 y dos motores paso a paso. El robot se puede controlar desde un navegador de Internet normal, utilizando una interfaz diseñada en HTML. Se utiliza un teléfono inteligente Android para transmitir video y audio desde el robot a la interfaz de control del operador.

Hay muchos kits robóticos disponibles en línea con varias formas, dimensiones y precios. Pero, dependiendo de su aplicación, ninguno de ellos encajará y es posible que descubra que son demasiado caros para sus experimentos. O tal vez solo quiera hacer su estructura mecánica en lugar de comprar una completa. Este instructivo también muestra cómo diseñar y construir un marco acrílico de bajo costo para su propio proyecto robótico, utilizando solo herramientas comunes para aquellos que no tienen acceso a esas costosas impresoras 3D o cortadoras láser. Se presenta una plataforma robótica simple.

Esta guía puede adaptarse para cambiar su forma o interfaz de control. Fue adaptado para otros de mis proyectos robóticos ("Robô da Alegria"), que puedes consultar en los enlaces a continuación:

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

[Advertencia: algunas de las fotos están desactualizadas porque el diseño se mejoró aún más. Sin embargo, la idea presentada aquí sigue siendo válida].

Paso 1: herramientas

Se necesitan las siguientes herramientas para la construcción de este prototipo:

• Sierra de mano (para realizar cortes iniciales de la lámina acrílica)
• Destornillador (para la colocación de tornillos y tuercas)
• Regla (para medir las dimensiones)
• Cuchillo de uso general (para cortar la lámina acrílica)
• Taladro (para crear agujeros para los tornillos)
• Papel de lija (para suavizar los bordes ásperos)

Paso 2: Estructura mecánica y materiales

Para construir un robot personalizado, primero tendrás que diseñar tu estructura mecánica. Puede ser fácil, dependiendo de su aplicación, o estar lleno de detalles y limitaciones. Es posible que deba diseñarlo en un software CAD 3D o simplemente dibujarlo en 2D, según la complejidad de su modelo.

También puede comprar la estructura completa en línea si no desea construir su propia estructura mecánica. Hay muchos kits robóticos disponibles en línea. En este caso, puede saltar al paso 6.

Para este instructable, se diseñó un marco acrílico de bajo costo para la conexión de los motores y otros componentes. La estructura presentada en este tutorial fue diseñada en 3D usando el software 123D Design CAD. Posteriormente, cada pieza se convirtió en 2D utilizando el software Draftsight.

Se utilizaron los siguientes materiales:

• Hoja de acrílico de 2 mm
• Ruedas de 42x19mm con banda de rodadura de goma (x2)
• Rueda omnidireccional de bola de acero de 49x20x32mm (x1)
• Pernos M2 x 10 mm (x12)
• M2 x 1, tuercas de 5 mm (x12)
• Pernos M3 x 10 mm (x8)
• Tuercas M3 x 1, 5 mm (x8)
• Pernos de 5/32 "x 1" (x3)
• Tuercas de 5/32 "(x6)
• Clip de mano para selfie stick
• Soporte de aluminio de 3 x 3 cm (x4)

La construcción de la estructura de la base se divide en los siguientes pasos:

1. Corte la base acrílica de acuerdo con las dimensiones del dibujo 2D;
2. Taladre los agujeros en las posiciones que se muestran en el dibujo 2D;
3. Monte los componentes con tornillos y tuercas de acuerdo con el dibujo 3D.

Desafortunadamente, el diámetro del eje del motor paso a paso es mayor que el orificio de la rueda. Por lo tanto, probablemente necesitará usar pegamento para acoplar esos componentes. Para este tutorial improvisé un acoplamiento de madera entre el eje del motor y la rueda.

Paso 3: Cortar la estructura

Primero deberá transferir las dimensiones de su modelo a la lámina acrílica. Imprima su dibujo 2D usando una impresora común en un papel adhesivo, luego corte el papel en las dimensiones adecuadas y aplique esa máscara en la superficie del acrílico.

Puede utilizar una sierra de mano para cortar el acrílico de acuerdo con sus dimensiones o utilizar la técnica de rotura que se describe a continuación.

Con una navaja y con ayuda de una regla o una escala, corta el acrílico en líneas rectas. No necesitará cortar toda la hoja, simplemente márquela para crear algunas pistas donde luego se cortará la pieza.

Coloca el acrílico sobre una superficie plana, mantenlo en su lugar con unas abrazaderas y aplica un poco de presión hasta que la hoja se rompa en dos. Repita este proceso hasta que todos los cortes estén hechos. Después de eso, puede usar un papel de lija para suavizar los bordes ásperos.

Paso 4: Perforación de la base

Taladre los agujeros en las posiciones que se muestran en el dibujo 2D (indicado en la máscara) con una máquina perforadora.

El acrílico es relativamente fácil de perforar. Entonces, si no desecha una máquina perforadora, puede perforar los agujeros manualmente con una herramienta afilada, como un cuchillo. También puede usarlo para agrandar agujeros pequeños para que se ajusten al tamaño de los pernos.

Retira la mascarilla y tu base estará lista.

Paso 5: Montaje de la estructura

Monte los componentes con pernos y tuercas de acuerdo con las imágenes, y su estructura estará lista para funcionar.

Los tornillos M3 se utilizan para la instalación de los motores paso a paso, mientras que los de 5/32 se utilizan para la instalación de la rueda delantera y el clip para smartphone.

Ahora tómate un descanso y empieza a asaltar el circuito en el siguiente paso …

Paso 6: Electrónica

Necesitará los siguientes componentes electrónicos:

• Arduino Uno (comprar)
• ESP8266 (comprar)
• Protoshield (para una versión más compacta) o una placa de pruebas ordinaria (comprar)
• Resistencia de 1 kohm (x2)
• Resistencia de 10 kohmios (x1)
• Algunos cables de puente
• Motor paso a paso con controlador ULN2003 (x2) (comprar / comprar)
• Una computadora (para compilar y cargar código Arduino)
• Banco de energía (comprar)
• cable USB

No necesitarás herramientas específicas para el montaje del circuito. Todos los componentes se pueden encontrar en línea en su tienda de comercio electrónico favorita. El circuito está alimentado por un banco de energía conectado al puerto USB de Arduino.

Conecte todos los componentes de acuerdo con el esquema. Necesitará algunos cables de puente para conectar el módulo ESP-8266 y los motores paso a paso. Puede usar un protoshield (para un circuito más compacto), una placa de pruebas ordinaria o diseñar su propio escudo Arduino. Conecte el cable USB a la placa Arduino Uno y continúe con el siguiente paso.

Paso 7: Código Arduino

Instale el IDE de Arduino más reciente. En este proyecto se utilizó la biblioteca stepper.h para el control de los motores paso a paso. No se necesitó una biblioteca adicional para la comunicación con el módulo ESP-8266. Verifique la velocidad en baudios de su ESP8266 y configúrela correctamente en el código.

Descargue el código Arduino (stepperRobot.ino) y reemplace el XXXXX por el SSID de su enrutador wifi y YYYYY por la contraseña del enrutador. Conecte la placa Arduino al puerto USB de su computadora y cargue el código.

Paso 8: cámara IP de Android

Se utilizó un teléfono inteligente Android para transmitir el video y el audio del robot a la interfaz de control. Puede encontrar la aplicación en la tienda Google Play (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.pas.webcam).

Instálelo y continúe con el siguiente paso.

Paso 9: coloque los circuitos en el robot

Instale los circuitos en la parte superior del robot usando algunos pernos M1, como se muestra en las imágenes.

Después de eso, pegue su banco de energía en la parte posterior del robot con una cinta de doble cara (porque es fácil de quitar más adelante) y coloque su teléfono inteligente en el clip.

Paso 10: Interfaz de control basada en web

Se diseñó una interfaz html para el control del robot.

Descargue interface.rar y extraiga todos los archivos a una carpeta determinada. Luego ábrelo en Firefox.

Se utiliza un formulario de cuadro de texto en esa interfaz para ingresar las direcciones IP del módulo ESP y del servidor de video / audio (desde la aplicación Android IP Webcam).

Hay una prueba pero, que hará que el robot gire hasta que se reciba otro comando. Las teclas de flecha del teclado se utilizan para mover el robot hacia adelante o hacia atrás y para rotar hacia la izquierda o hacia la derecha.

Paso 11: uso

Cuando se reinicia el Arduino, intentará conectar su red wi-fi automáticamente. Use el monitor serial para verificar si la conexión fue exitosa y para obtener qué IP fue asignada a su ESP-8266 por su enrutador. Abra el archivo html en un navegador de Internet (Firefox) e informe esta dirección IP en el cuadro de texto.

También puede utilizar otros medios para averiguar qué dirección IP asignó el enrutador a su dispositivo.

Desconecte el Arduino Uno de su computadora y conéctelo al banco de energía. Espere a que vuelva a conectarse.

Inicie la aplicación IP Webcam en el teléfono inteligente conectado al robot. Escriba la IP de video / audio en su interfaz de control y conéctese al servidor y estará listo para comenzar. Es posible que deba reducir la resolución del video en la aplicación para reducir la demora durante la transmisión.

Haga clic y mantenga presionados los botones de flecha de su teclado para rotar el robot o moverlo hacia adelante / hacia atrás y divertirse explorando su entorno.