Վիրտուալ ներկայության ռոբոտ. 15 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:45

Այս շարժական ռոբոտը փոխազդում է իր ֆիզիկական շրջապատի հետ ՝ ներկայացնելով այն հեռակա վերահսկող անձի «վիրտուալ ներկայությունը»: Anyoneանկացած մարդ կարող է հասանելի լինել աշխարհի ցանկացած վայրում ՝ հյուրասիրություններ բաժանելու և ձեզ հետ խաղալու համար:

Այստեղ աշխատանքը մշակվել է երկու մարդու կողմից (մեկը Գերմանիայում և մեկը ԱՄՆ-ում) `որպես ինտերնետի վրա հիմնված ավանդական միջոցներից դուրս գալու փորձ` հեռավոր փոխազդեցության համար ֆիզիկական միջերես ստեղծելով: Քանի որ COVID-19- ը շարունակում է ազդել աշխարհի վրա, և բոլորը պատասխանատու են մարդկանց նկատմամբ մեր ֆիզիկական ազդեցությունը սահմանափակելու համար, մենք փորձում ենք հետ բերել այն շոշափելի կապը, որը ֆիզիկական փոխազդեցության մի մասն է:

Այն հիմնված է ESP32-Camera-Robot-FPV-Teacher-Entry Instructable- ի վրա և փոփոխված ՝ ներառելու հեռավորության սենսոր, բուժիչ դիսպենսեր և «վերահսկողություն աշխարհի ցանկացած վայրից» հնարավորությունը ՝ պայմանով, որ որոշ չափով կայուն ինտերնետ կապ ունեք:

Պարագաներ

Նախագիծն ունի 4 հիմնական մաս ՝ շարժական ռոբոտ -մեքենա, չիպերի դիսպենսեր, ջոյստիկ և ցանցային հաղորդակցության կարգավորում:

Շարժական ռոբոտ -մեքենա

• Breadboard
• 2 անիվի շարժիչ և շասսի ռոբոտների հավաքածու (ներառում է անիվներ, DC շարժիչներ, ամրացման տախտակ և պտուտակներ)
• Arduino Mega 2560 (եթե դուք կառուցում եք առանց հեռավորության սենսորի կամ Chip Dispenser- ի, Uno- ն կունենա բավականաչափ կապում)
• (3) 9 Վ մարտկոցներ (մի քանի հատ էլ ունենաք, քանի որ դրանք կսպառեք կարգաբերում)
• LM2596 Էներգամատակարարման մոդուլ DC/DC Buck 3A կարգավորիչ (կամ նմանատիպ)
• ESP32-CAM Wifi մոդուլ
• FT232RL FTDI USB to TTL սերիական փոխարկիչ (ESP32-CAM- ի ծրագրավորման համար)
• HC-SR04 Ուլտրաձայնային հեռավորության տվիչ
• L298N շարժիչ
• (3) LEDS (ցանկացած գույն)
• (3) 220 Օմ դիմադրիչներ

Չիպ դիսպենսեր

• (2) SG90 Servos
• Ստվարաթուղթ / ստվարաթուղթ

Ջոյստիկ

• Արդուինո Ունո
• Joystick մոդուլ
• Mini Breadboard, (1) LED, (1) 220 Ohm Resistor (ըստ ցանկության)

Այլ

Շատ Breadboard Jumper Wires Լրացուցիչ ստվարաթուղթ / Ստվարաթուղթ peապավեն Մկրատներ Կառավարիչ / չափիչ ժապավեն Փոքր Philips պտուտակահան Փոքր հարթ գլխի պտուտակահան

Համբերություն =)

Քայլ 1: Շարժական ռոբոտ -մեքենա

Robot Car- ի շասսին ծառայում է որպես շարժական հարթակ, իսկ Arduino MEGA- ն ՝ որպես հիմնական միկրոկառավարիչ, որը շարժում է շարժիչները, կարդում սենսորների արժեքները և գործարկում սերվերը: Գործողությունների մեծ մասն իրականացվում է Arduino MEGA- ի կողմից սերիական հաղորդակցության միջոցով ստացված հրամանների միջոցով, որոնք ուղարկվում են ESP32-CAM- ից: Մինչ ESP32- ն ապահովում է ռոբոտին կառավարելու տեսախցիկի ուղիղ հեռարձակում, դրա մյուս գործառույթը ռոբոտի և սերվերի միջև անլար կապի կառավարումն է, հետևաբար թույլ է տալիս օգտվողներին վերահսկել այն աշխարհի ցանկացած վայրից: ESP32- ը վեբ էջից ստանում է հրամաններ ստեղնաշարի միջոցով և դրանք ուղարկում է Arduino MEGA- ին ՝ որպես char արժեքներ: Ստացված արժեքից ելնելով ՝ մեքենան կշարժվի առաջ, հետընթաց և այլն: Քանի որ ինտերնետի միջոցով հեռակառավարումը կախված է բազմաթիվ արտաքին գործոններից, այդ թվում ՝ բարձր ուշացումից, հոսքի վատ որակից և նույնիսկ անջատումներից, հեռավորության սենսորը տեղադրված է ռոբոտին վթարի ենթարկելու համար: ESP32 չիպի էներգիայի բարձր և տատանվող պահանջների պատճառով էներգիայի մատակարարման կարգավորիչը խորհուրդ է տրվում օգտագործել մարտկոցի հզորությամբ (տես էլեկտրագծերի դիագրամ):

Քայլ 2. Շարժական ռոբոտ -մեքենա - սխեմայի դիագրամ

Մենք քայլ առ քայլ կքննարկենք այս հավաքումը:

Քայլ 3. Շարժական ռոբոտ -մեքենա - հավաքում (շարժիչներ)

2WD շասսի հավաքելուց հետո մենք սկսում ենք շարժիչները և մարտկոցը Arduino MEGA- ին L298N վարորդի միջոցով միացնելով:

Քայլ 4. Շարժական ռոբոտ -մեքենա - հավաք (հեռավորության ցուցիչ)

Քանի որ միացման համար բավականին շատ բաղադրիչներ կան, եկեք ավելացնենք տախտակ, այնպես որ մենք կարող ենք ավելի հեշտությամբ միացնել հոսանքն ու ընդհանուր գետինը: Լարերը նորից կազմակերպելուց հետո միացրեք հեռավորության սենսորը և ամրացրեք այն ռոբոտի առջևում:

Քայլ 5. Շարժական ռոբոտ -մեքենա - հավաքում (ESP32 CAM)

Հաջորդը, միացրեք ESP32-CAM մոդուլը և ամրացրեք այն ռոբոտի առջևի մոտ գտնվող հեռավորության սենսորի կողքին: Հիշեք այս բավականին էներգիայի կարիք ունեցող բաղադրիչը պահանջում է իր սեփական մարտկոցը և DC կարգավորիչը:

Քայլ 6. Շարժական ռոբոտ -մեքենա - հավաքում (չիպերի դիսպենսեր)

Այժմ, եկեք ավելացնենք չիպերի դիսպենսեր (այս մասին ավելին «Չիպ դիսպենսեր» բաժնում): Լարացրեք երկու սերիաները ըստ Fritzing դիագրամի և ամրացրեք դիսպենսերը ռոբոտի պոչին:

Քայլ 7: Շարժական ռոբոտ -մեքենա - հավաքում (թխվածքաբլիթներ)

Վերջապես, մենք դիսպանսերին ավելացնում ենք հյուրասիրություններ:

Քայլ 8. Շարժական ռոբոտ -մեքենա - Arduino կոդ

RobotCar_Code- ն այն կոդը է, որը ձեզ հարկավոր կլինի Arduino Mega- ում բեռնելու համար:

Ահա թե ինչպես է այն աշխատում. Arduino- ն լսում է բայթեր, որոնք ուղարկվում են ESP32- ից ՝ սերիական կապի միջոցով 115200 տիրույթում: Ստացված բայտի հիման վրա մեքենան կշարժվի առաջ, հետ, ձախ, աջ և այլն ՝ շարժիչներին ուղղելով բարձր կամ ցածր լարման ուղղություն, ինչպես նաև արագությունը վերահսկելու համար 0-255 միջակայքում PWM փոփոխական: Բախումներից խուսափելու համար այս կոդը կարդում է նաև հեռավորության սենսորից եկող արժեքները, և եթե հեռավորությունը նշված շեմից փոքր է, ռոբոտը առաջ չի շարժվի: Ի վերջո, եթե Arduino- ն ստանա հրահանգ ՝ տրամադրել հյուրասիրություն, այն կակտիվացնի սպասարկումները Chip Dispenser- ում:

Քայլ 9. Շարժական ռոբոտ -մեքենա - ESP32 ծածկագիր

ESP32- ը թույլ է տալիս հաղորդակցվել սերվերի և Arduino- ի միջև Wifi- ի միջոցով: Այն ծրագրավորված է Arduino- ից առանձին և ունի իր ծածկագիրը.

• ESP32_Code.ino- ն ESP32- ի ծածկագիրն է `տեղեկատվություն Arduino- ին ուղարկելու համար
• app_httpd.cpp- ն այն լռելյայն ESP32 վեբ սերվերի համար անհրաժեշտ ծածկագիրն է, որը դրել է ստեղնաշարի համար լսելու գործառույթը: Լավ է տեղական wifi- ի վրիպազերծման և փորձարկման համար: Այն չի օգտագործվում տեղական ցանցից դուրս հաղորդակցության համար:
• camera_index.h- ը լռելյայն վեբ հավելվածի html կոդն է
• camera_pins.h- ն սահմանում է կապերը ՝ կախված ESP32 մոդելից

ESP32 ծածկագիրը օգտագործում է Wifi գրադարանը, ինչպես նաև ESP32 հավելումը, որը կարող է տեղադրվել Arduino IDE- ում ՝ հետևելով հետևյալ քայլերին.

1. Arduino IDE- ում գնացեք Ֆայլ> Նախապատվություններ
2. Հետո Կարգավորումների ներդիրում Լրացուցիչ խորհուրդների մենեջերի URL- ում մուտքագրեք հետևյալ «https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json»
3. Այժմ բացեք Տախտակների կառավարիչը և գնացեք Գործիքներ> Տախտակ> Տախտակների կառավարիչ և որոնեք ESP32- ը ՝ մուտքագրելով «ESP32»:
4. Դուք պետք է տեսնեք «esp32 by Espressif Systems»: Կտտացրեք Տեղադրեք:
5. Այժմ պետք է տեղադրվի ESP32 հավելումը: Ստուգելու համար վերադարձեք Arduino IDE և գնացեք Գործիքներ> Տախտակ և ընտրեք «ESP32 Wrover մոդուլ»:
6. Կրկին գնացեք Գործիքներ> Վերբեռնման արագություն և դրեք «115200»:
7. Վերջապես, գնացեք Գործիքներ> Բաժանման սխեմա և դրեք այն «Հսկայական հավելված (3 ՄԲ ոչ OTA/1 ՄԲ SPIFFS)
8. Այս ամենն ավարտելուց հետո ես խորհուրդ եմ տալիս հետևել RandomNerdTutorials- ի այս ձեռնարկին, որը մանրամասն բացատրում է, թե ինչպես ավարտել ESP32- ի կարգավորումը և վերբեռնել կոդը FTDI ծրագրավորողի հետ ESP32- ի ծրագրավորում

Քայլ 10: Չիպ դիսպենսեր

Chip Dispenser- ը շարժական ռոբոտի էժան հավելում է, որը թույլ է տալիս ազդել տեղական միջավայրի վրա և շփվել մարդկանց / կենդանիների հետ ՝ թողնելով համեղ ուտեստ: Այն բաղկացած է ստվարաթղթե արտաքին տուփից, որի մեջ տեղադրված է 2 սերվո, ինչպես նաև ներքին ստվարաթղթե փամփուշտից, որը պահում է իրեր (օրինակ ՝ քաղցրավենիք կամ շան հյուրասիրություն): Մեկ servo- ն հանդես է գալիս որպես դարպաս, իսկ մյուսը դուրս է մղում իրը:

*Բոլոր չափերը միլիմետր են

Քայլ 11: oyոյստիկ

Թեև ստեղնաշարով ռոբոտին կառավարելը կարող է հաճելի լինել, նույնիսկ ավելի զվարճալի և ինտուիտիվ է օգտագործել ջոյսթիկը, որտեղ ռոբոտը անմիջականորեն արձագանքում է ՝ կախված ձեր ուղղած ուղղությունից: Քանի որ այս ռոբոտը գործարկվում է վեբ էջում գրանցված ստեղնաշարի միջոցով, մեզ անհրաժեշտ էր մեր ջոյսթիկը `ստեղնաշարն ընդօրինակելու համար: Այս կերպ առանց ջոյսթիքքի օգտվողները դեռ կարող են կառավարել ռոբոտը անմիջապես ստեղնաշարից, իսկ մյուսները կարող են օգտագործել ջոյսթիկը:

Դրա համար մենք ունեինք միայն Arduino Uno, որը չունի գրադարանն օգտագործելու հնարավորություն, ուստի այն ուղղակիորեն ծրագրավորեցինք ՝ օգտագործելով USB արձանագրություն, որը հայտնի է որպես Device Firmware Update (DFU), որը թույլ է տալիս arduino- ին փայլեցնել ընդհանուր USB HID ստեղնաշարի ծրագրակազմով:. Այլ կերպ ասած, երբ arduino- ն միացված է USB- ին, այն այլևս չի ճանաչվում որպես arduino, այլ որպես ստեղնաշար:

Քայլ 12. Joystick - Circuit Diagram

Ահա, թե ինչպես ենք մենք միացրել ջոյսթիկը:

Քայլ 13: Joystick - ստեղնաշարի էմուլատոր

Որպեսզի ձեր Arduino Uno- ն ընդօրինակի ստեղնաշարը, դուք պետք է ուղղակիորեն ծրագրավորեք Atmega16u2 չիպը Arduino- ի վրա ՝ Ձեռքով սարքի որոնվածի թարմացման (DFU) միջոցով: Հետևյալ քայլերը նկարագրելու են Windows մեքենայի գործընթացը, և հուսով եմ, որ դրանք կօգնեն ձեզ խուսափել որոշ խնդիրներից, որոնց բախվել ենք:

Առաջին քայլը Atmel usb վարորդը Arduino- ին ձեռքով գրելն է, որպեսզի այն ճանաչվի որպես USB և ոչ թե Arduino, ինչը հնարավորություն է տալիս այն լուսավորվել FLIP ծրագրավորողի հետ:

1. Ներբեռնեք Atmel's FLIP ծրագրավորողը այստեղից
2. Միացրեք ձեր Arduino Uno- ն
3. Գնացեք Սարքի կառավարիչ և գտեք Arduino- ն: Այն կլինի COM- ի կամ Անհայտ սարքի տակ: Միացրեք և միացրեք այն, որպեսզի համոզվեք, որ սա ճիշտ սարքն է:
4. Սարքի կառավարիչում Arduino Uno- ն գտնելուց հետո աջ սեղմեք դրա վրա և ընտրեք հատկություններ> Վարորդ> Թարմացրեք վարորդը> Թերթիր իմ համակարգիչը վարորդի ծրագրաշարի համար> Թույլ տվեք ընտրել իմ համակարգչի առկա վարորդների ցանկից> ունենալ սկավառակ> Թերթել դեպի ֆայլը «atmel_usb_dfu.inf» և ընտրեք այն: Սա պետք է լինի այն թղթապանակում, որտեղ տեղադրվել է ձեր Atmel FLIP ծրագրավորողը: Իմ համակարգչում այն այստեղ է ՝ C: / Program Files (x86) Atmel / Flip 3.4.7 / usb / atmel_usb_dfu.inf
5. Տեղադրեք վարորդը
6. Այժմ վերադարձեք Սարքի կառավարիչ, որտեղ դուք պետք է տեսնեք «Atmel USB սարքեր», որոնց Arduino Uno- ն այժմ պիտակավորված է որպես ATmega16u2:

Այժմ, երբ համակարգիչը Arduino Uno- ն ճանաչում է որպես USB սարք, կարող ենք օգտագործել FLIP ծրագրավորողը `այն 3 առանձին ֆայլերով բռնկելու և ստեղնաշարի վերածելու համար:

Եթե առաջին մասից հետո անջատել եք ձեր Arduino Uno- ն, ապա նորից միացրեք այն:

1. Բացեք FLIP- ը
2. Վերագործարկեք Arduino Uno- ն ՝ հոսանքը կարճ միացնելով գետնին:
3. Կտտացրեք Սարքի ընտրություն (միկրոչիպի պատկերակ) և ընտրեք ATmega16U2
4. Կտտացրեք Ընտրեք հաղորդակցության միջավայր (պատկերակը, ինչպիսին է USB լարը) և ընտրեք USB: Եթե առաջին հատվածը ճիշտ եք ավարտել, մյուս մոխրագույն կոճակները պետք է օգտագործելի լինեն:
5. Գնացեք Ֆայլ> Բեռնել Hex ֆայլ> և վերբեռնեք ֆայլը Arduino-usbserial-uno.hex
6. FLIP պատուհանում դուք պետք է տեսնեք երեք բաժին ՝ Գործառնությունների հոսք, FLASH բուֆերային տեղեկատվություն և ATmega16U2: Գործողությունների հոսքում նշեք «raseնջել, ծրագիր և հաստատել» վանդակները, այնուհետև կտտացրեք «Գործարկել»:
7. Այս գործընթացի ավարտից հետո կտտացրեք «Սկսել դիմումը» ATmega16U2 բաժնում:
8. Միացրեք ցիկլով arduino- ն `այն համակարգչից անջատելով և նորից միացնելով:
9. Վերագործարկեք Arduino Uno- ն ՝ հոսանքը կարճ միացնելով գետնին:
10. Բացեք Arduino IDE- ն և JoyStickControl_Code.ino ֆայլը վերբեռնեք տախտակին:
11. Միացրեք ցիկլով arduino- ն `այն համակարգչից անջատելով և նորից միացնելով:
12. Վերագործարկեք arduino- ն ՝ կարճ ուժը միացնելով գետնին:
13. Վերադարձեք FLIP, համոզվեք, որ Սարքի ընտրության մեջ գրված է Atmega16U2
14. Կտտացրեք Ընտրեք հաղորդակցության միջոց և ընտրեք USB:
15. Գնացեք Ֆայլ> Բեռնել Hex ֆայլ> և վերբեռնեք ֆայլը Arduino-keyboard-0.3.hex
16. FLIP պատուհանում դուք պետք է տեսնեք երեք բաժին ՝ Գործառնությունների հոսք, FLASH բուֆերային տեղեկատվություն և ATmega16U2: Գործողությունների հոսքում նշեք «raseնջել, ծրագիր և հաստատել» վանդակները, այնուհետև կտտացրեք «Գործարկել»:
17. Այս գործընթացի ավարտից հետո կտտացրեք «Սկսել դիմումը» ATmega16U2 բաժնում:
18. Միացրեք ցիկլով arduino- ն `այն համակարգչից անջատելով և նորից միացնելով:
19. Այժմ, երբ գնում եք Սարքի կառավարիչ, Ստեղնաշարերի տակ պետք է լինի նոր HID ստեղնաշարի սարք:
20. Բացեք նոթատետր կամ տեքստային խմբագիր և սկսեք տեղաշարժել ջիստիկը: Դուք պետք է տեսնեք թվերի մուտքագրումը:

Եթե ցանկանում եք փոխել կոդը Arduino- ի էսքիզում, օրինակ `ջոյստիկում նոր հրամաններ գրելը, ապա ամեն անգամ անհրաժեշտ կլինի այն թարթել բոլոր 3 ֆայլերով:

Որոշ օգտակար հղումներ ՝ Arduino DFUAtLibUsbDfu.dll- ը չի գտնվել

Այս ստեղնաշարի էմուլյատորը հիմնված է 2012 թվականի հունիսի 24 -ին Միքայելի այս ձեռնարկի վրա:

Քայլ 14: Networkանցային հաղորդակցություն

Աշխարհի ցանկացած վայրից ռոբոտին տեսահոսքեր ստանալու և հրամաններ ուղարկելու համար մեզ անհրաժեշտ է տվյալներ ESP32-CAM- ից դեպի և դեպի այն ստանալու միջոց: Դա արվում է երկու մասի ՝ ձեր տեղական ցանցի միացման կարգավորիչ և հանրային սերվեր: Ներբեռնեք երեք ֆայլ ՝ դրան հասնելու համար.

• Handlers.py: փոխանցում է տեղեկատվությունը ESP32-CAM- ից և հանրային սերվերից (փորձարկվել է Python 3.8-ում)
• Flask_app.py. Սահմանում է, թե ինչպես է ձեր հավելվածն արձագանքում մուտքային հարցումների:
• Robot_stream.html. Տեսանյութ է տալիս ձեր դիտարկիչում և հրամաններ է լսում ստեղնաշարի / ջոյսթիկի միջոցով (փորձարկված է Chrome- ում)

Connection Handler Դուք կարող եք սա ուղղակիորեն ծածկագրել app_httpd.cpp- ում, բայց ավելի հեշտ վրիպազերծման համար մենք օգտագործում ենք Python սցենարը, որն աշխատում է նույն ցանցին միացված ԱՀ -ով: Բացեք handlers.py- ը և թարմացրեք IP հասցեն և օգտանունը ձեր սեփականին, և պատրաստ եք գնալ: Հոսքը կսկսվի, երբ գործարկեք այս ֆայլը:

Հանրային սերվեր Ինտերնետում ամեն ինչ մուտք գործելու համար կարող եք սերվեր գործարկել ձեր ընտրած PaaS- ով: Պիթոնյան վայրերում (PA) այս կարգավորումը տևում է 5 րոպեից պակաս:

1. Գրանցվեք հաշվի համար և մուտք գործեք
2. Գնացեք «Համացանց» ներդիրին և կտտացրեք «Ավելացնել նոր վեբ ծրագիր», ընտրեք Ֆլասկ և Python 3.6
3. Պատճենեք flask_app.py- ն /mysite գրացուցակում
4. Պատճենեք robot_stream.html /mysite /templates գրացուցակում
5. Կտտացրեք «Վերբեռնել»

Եվ… ամեն ինչ պատրաստ է:

Հրաժարում. Այս ցանցային աշխատանքի ընթացքը արագ և պարզ է, բայց շատ հեռու է իդեալականից: RTMP- ը կամ վարդակները ավելի նպատակահարմար կլինեն հոսքի համար, սակայն դրանք չեն աջակցվում PA- ում և պահանջում են որոշակի փորձ ցանցերի և սերվերների կարգավորման հետ: Նաև խորհուրդ է տրվում ավելացնել անվտանգության որոշ մեխանիզմ ՝ մուտքը վերահսկելու համար:

Քայլ 15. Ամեն ինչ միասին դնելը

Այժմ միացրեք ձեր ռոբոտը, գործարկեք handlers.py- ը համակարգչի վրա (միացված է նույն ցանցին, ինչ ռոբոտը), և դուք կարող եք կառավարել ռոբոտը դիտարկիչից ՝ ձեր ուզած ցանկացած վայրից տեղադրված url- ի հիման վրա: (օրինակ ՝