Construire un robot de téléprésence contrôlé par Wifi : 11 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Ce projet consiste à construire un robot qui peut interagir avec un environnement distant et être contrôlé depuis n'importe quelle partie du monde en utilisant le Wifi. C'est mon projet d'ingénierie de dernière année et j'ai beaucoup appris sur l'électronique, l'IoT et la programmation. Ce projet s'adresse aux personnes ayant un handicap de locomotion car elles ont du mal à se déplacer et un robot de téléprésence peut donc les assister facilement.

Il y a 2 systèmes au sein du projet pour en faire un succès. Contrôle du mouvement de votre main pour déplacer la main robotique et l'application mobile qui contrôle la base du moteur.

Vous trouverez ci-dessous le document et la présentation de Telepresence V1 afin que vous puissiez mieux comprendre.

Il est temps de le construire !

Fournitures

De nombreux outils et composants sont nécessaires pour ce projet. Cela m'a coûté environ 1000 AED (270 $), alors assurez-vous d'avoir ce budget. Voici les composants dont vous aurez besoin: -

1. Nœud MCU x 3
2. Pilote de moteur à courant continu L298N x 1
3. Alimentation 12V x 1
4. Régulateur de tension abaisseur LM2596 x 1
5. Capteurs IMU MPU9250 x 2
6. Servomoteurs (couple 10-20kg) x 4
7. bois léger 1x1m
8. Tiges métalliques filetées 8M 1m x 2
9. Imprimante 3D (30x30cm)
10. bûcheron et foreur
11. Fils électriques, fils de liaison et planche à pain
12. Manches complètes
13. Moteur 12V CC (25kg.cm) x 2
14. Roulette de 3 pouces x 1
15. Roue en caoutchouc de 6 cm avec support à vis x 2
16. Kit de soudure

Étape 1: Comment ça marche ?

Il s'agit de l'organigramme de communication pour vous faire comprendre comment les composants communiquent entre eux. Nous utilisons le réseau de transfert de données appelé PubNub comme plate-forme IoT qui peut envoyer des messages en temps réel en seulement 0,5 seconde ! C'est la réponse la plus rapide que nous puissions obtenir et c'est encore plus important dans notre projet puisque nous utiliserons notre main pour contrôler le bras du robot en temps réel.

Tous les Nodemcu sont utilisés pour envoyer et recevoir des données. Il y a 2 systèmes individuels impliqués ici où Nodemcu sur le bras envoie les données du capteur de mouvement à PubNub et qui sont reçues par Nodemcu sur le bras robotique. pour le mouvement de la base, l'application mobile envoie les données pour les coordonnées x, y du joystick et qui sont reçues par Nodemcu sur la base qui peut contrôler le moteur via le pilote. C'est tout pour le moment.

Étape 2: Concevoir

La conception ci-dessus vous donnera une idée de l'apparence de la structure. Vous pouvez télécharger les fichiers cad pour mieux voir. La base du rover est soutenue par 3 roues dont 2 sont un moteur à courant continu à l'arrière et une roulette à l'avant. En raison du mouvement du bras robotique, j'ai remarqué une instabilité sur la base, vous pouvez donc envisager d'ajouter 2 roulettes à l'avant. La base en bois inférieure et supérieure est soutenue par des tiges filetées qui sont prises en sandwich par des écrous. Assurez-vous d'utiliser un contre-écrou car cela le rendra serré de façon permanente à long terme.

Télécharger le fichier source de conception - Conception de téléprésence

Étape 3: Impression 3D du bras et calcul du couple

Le bras du robot de téléprésence est un design simple en forme de boîte afin qu'il puisse être facilement imprimé en 3D avec une quantité minimale de filament. Sa longueur est d'environ 40 cm, soit la longueur d'un bras humain. La longueur du bras robotique est basée sur le couple soulevé par les servomoteurs. Vous pouvez trouver le calcul du couple sur l'image ci-dessus ainsi que les spécifications du servomoteur que j'ai utilisé afin que vous puissiez personnaliser la conception selon vos besoins. Mais évitez d'utiliser le couple maximum du servomoteur car cela finira par endommager le moteur à long terme.

Téléchargez les fichiers d'impression 3D ci-dessous, imprimez-les et continuez d'avancer.

Étape 4: Fabrication et assemblage de la base

Voici les étapes que vous pouvez suivre pour la fabrication: -

1. Couper la tige métallique filetée au milieu à l'aide d'une scie
2. Utilisez le bûcheron pour faire 2 morceaux de bois de 40x30cm
3. Percez les trous nécessaires à la base supérieure et inférieure comme le dessin ci-dessus
4. Commencez à attacher le moteur à courant continu et les roulettes sur la base inférieure
5. Pour faire un trou rectangulaire sur la base supérieure, faites d'abord un trou circulaire avec la perceuse, puis insérez un bûcheron à travers le trou et coupez-le sur les bords pour faire un rectangle.

si vous vous demandez pourquoi le trou en haut à droite est placé à l'envers, c'est parce que je n'étais pas sûr de placer le bras robotique dans le coin droit au centre. Le placer au centre était un meilleur choix en raison de l'équilibre du poids.

Étape 5: Assemblage du bras robotique

L'assemblage du bras robotique nécessite une attention particulière. Outre l'assemblage mécanique, vous devez vous assurer que le servomoteur est à l'angle correct lors de son assemblage. Suivez le schéma ci-dessus pour vous donner une idée de l'angle auquel le servomoteur doit être réglé sur tous les moteurs avant d'assembler quoi que ce soit sur le dessus. Essayez de bien faire cette pièce sinon vous finirez par la remonter.

Utilisez le modèle de code ci-dessous pour définir l'angle d'asservissement exact à l'aide d'Arduino ou de Nodemcu. Il y a déjà beaucoup d'informations à ce sujet en ligne donc je n'entrerai pas dans les détails.

#comprendre

Servo servo;

broche int =; // mettre le numéro de broche où la broche de données servo est attachée sur arduino

void setup() {

servo.attache (broche);

}

boucle vide() {

angle int =; //angle auquel vous devez définir

servo.write(angle);

}

Étape 6: Circuit du contrôleur de bras

L'assemblage du contrôleur de bras est simple à faire. J'ai utilisé une manche longue et j'ai attaché les capteurs, Nodemcu et la planche à pain avec couture. Assurez-vous que l'orientation du capteur est dans la même direction que l'image du contrôleur ci-dessus. Enfin, suivez le schéma électrique et téléchargez le code ci-dessous.

Étape 7: Circuit du robot de téléprésence

Suivez le schéma du circuit de la même manière. Vérifiez les brochages de l'alimentation que vous utilisez pour éviter les courts-circuits. Réglez la tension de sortie du convertisseur abaisseur sur 7 V, car il s'agit de la tension moyenne de tous les servomoteurs. Le seul endroit où vous pouvez souder est les bornes du moteur à courant continu de base car il consomme beaucoup de courant et doit donc être serré avec un fil électrique légèrement plus épais. Une fois le circuit terminé, vous téléchargerez plus tard le 'arm_subscriber.ino' sur Nodemcu qui se connecte avec arm et 'base.ino' à télécharger sur la base Nodemcu.

Étape 8: Application mobile

C'est le mobile pour contrôler la locomotion. Lorsque vous déplacez le joystick, il envoie les coordonnées X, Y sur le cercle du joystick à Pubnub et reçues par Nodemcu à la base. Cette coordonnée X, Y est convertie en angle et en l'utilisant, nous pouvons trouver la direction dans laquelle le robot ira. Le mouvement se fait en allumant/éteignant et en changeant de direction des deux moteurs. Si la commande est Avant, les deux moteurs avancent à pleine vitesse, s'ils sont à gauche, le moteur gauche ira en arrière et le moteur droit avancera et ainsi de suite.

la fonction ci-dessus peut être simplement effectuée avec des boutons également au lieu d'un joystick, mais je choisis le joystick pour contrôler également la vitesse du moteur. Cependant, ma broche d'activation ne fonctionnait pas avec Nodemcu, j'ai donc laissé cette partie. J'ai ajouté un code de contrôle de vitesse dans base.ino juste au cas où comme commentaire.

Vous pouvez obtenir le fichier source.aia ci-dessous, qui peut être modifié à l'aide de l'inventeur de l'application MIT. Vous devrez effectuer une configuration de base dans l'application, ce que je dirai à l'étape suivante.

Étape 9: Créez un compte sur Pubnub et obtenez les clés

Il est maintenant temps de passer à la dernière étape qui consiste à configurer votre plate-forme IoT. Pubnub est le meilleur car le transfert de données s'effectue en temps réel et ne prend que 0,5 seconde. De plus, vous pouvez envoyer 1 million de points de données par mois, c'est donc ma plate-forme préférée.

Allez sur PubNub et créez votre compte. Ensuite, allez dans les menus des applications dans le menu de gauche et cliquez sur le bouton "+Créer une nouvelle application" sur la droite. Après avoir nommé votre application, vous verrez l'image ci-dessus de la clé de l'éditeur et de l'abonné. C'est ce que nous allons utiliser pour connecter les appareils.

Étape 10: ajoutez les clés au code et téléchargez

Nous avons besoin de 4 choses pour que l'appareil puisse communiquer entre eux:- clé publique, sous-clé, canal et wifi.

pubkey et sous-clé resteront les mêmes sur tous les Nodemcu et les applications mobiles. 2 appareils qui communiquent doivent avoir le même nom de canal. Étant donné que l'application mobile et la base communiquent, elles auront le même nom de canal similaire pour le contrôleur et la main robotique. Enfin, vous devez mettre des identifiants wifi sur chaque Nodemcu afin qu'il puisse se connecter au wifi au début. J'ai déjà ajouté le nom du canal, donc la clé wifi et pub/sub est ce que vous devrez ajouter à partir de votre compte.

Remarque: Nodemcu ne peut se connecter qu'avec le wifi auquel il est possible d'accéder sans page Web comme intermédiaire. Même pour ma présentation finale, j'ai dû utiliser un point d'accès mobile car le wifi de l'université était un frein.

Étape 11: Conclusion

Si vous êtes arrivé jusqu'ici, alors IMPRESSIONNANT ! J'espère que vous avez gagné quelque chose de valeur de cet article. Ce projet a de petites limitations que je veux vous dire avant de l'exécuter. En voici quelques-uns ci-dessous: -

Mouvement brusque du bras robotique: -

Il y a beaucoup de mouvements brusques du bras robotique. Cela est dû au décalage de 0,5 seconde pour que les informations du capteur soient transférées en tant que mouvement d'asservissement. J'ai même endommagé 2 des servomoteurs donc ne bouge pas ton bras trop vite. Vous pouvez résoudre ce problème en ajoutant des étapes intermédiaires entre le mouvement d'origine pour créer un mouvement fluide.

Pas d'arrêt du mouvement de la base:-

lorsque je fais bouger le robot dans une direction via une application mobile, le robot continue de se déplacer dans la même direction même lorsque je lève les doigts. C'était ennuyeux car je devais toujours couper le courant pour arrêter le mouvement. J'ai inséré le code d'arrêt dans l'application mais cela ne fonctionnait toujours pas. Cela pourrait être un problème dans l'application elle-même. Peut-être que vous pouvez essayer de le résoudre et me le faire savoir.

Pas de flux vidéo: -

Sans le flux vidéo venant du robot à la personne, nous ne pouvons jamais déployer loin de l'utilisateur. Je voulais l'ajouter au départ, mais cela demanderait plus de temps et d'investissement, alors je l'ai laissé.

Vous pouvez aller plus loin dans ce projet en résolvant le problème ci-dessus. Quand vous le ferez, faites-le moi savoir. Adieu

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Finaliste du concours de robotique