带蓝牙的清洁机器人的制作

步骤1：你需要什么？

零件：

为了构建这个机器人，你需要在Ebay上购买一些物品。你可以自己制造一些传感器，但你必须看到它值得你的时间 - 没有必要重新发明轮子。所以这里是清单：

HMC5883L数字罗盘Ebay（1）;

Arduino Uno或兼容的Ebay（2）;

2WD汽车底盘Ebay（3）;

HC-06蓝牙模块（可选）Ebay（4）;

2个双H桥（将需要其中两个）Ebay（5）;

Arduino Uno Ebay原型盾（6） ）;

5V Ebay（7）以上的可充电电池;

I2C LCD显示器1602（可选）Ebay（8） ;

3超声波传感器HC-SR04（至少）Ebay（9）;

超声波传感器固定支架或类似物（可选）Ebay（10）;

两片丙烯酸到机器人的制作层;

额外的12V电机Ebay（11）;

一堆黄铜支座垫片Ebay（12）;

Carpet Sweeper Ebay（ 13）;

如果您希望车轮上的光耦合器作为编码器工作，我建议：

Optocoupler Ebay（14）;

而且，如果你想要一个photoelec用于检测墙壁的三位一体传感器：

红外传感器Ebay（15）;

步骤2：焊接Eletronics

您需要什么知道：

在开始焊接之前，您需要观察上图。您可以使用3到6个超声波传感器。如果使用3，则必须将一个放在机器人前面，另外两个放置120度。前面的那个将在物体靠近时检测到物体，另外两个物体将指向机器人的后部。他们两个都会找到距离较近的物体（后面）的距离，所以“ SweeperBot ”可以决定，如果在找到一堵墙之后，它会更多回到它的右侧，或更左侧。那是因为，当然，如果在找到一堵墙之后机器人直接向后移动，它将总是直线前进，并且永远不会清理整个房间。

如果你想要更多的读数，更多信息，以及机器人检测来自侧面的物体，以及检测其后面的物体，您可以使用所有6种可能的传感器。为避免障碍而可能使用的一种控制方法是潜在字段，它可以充分利用所有这些信息。但是我还没有实现这个。

还在写关于声纳的内容，另外需要注意的是，使用我将提供的代码如下，你可以只使用一个连接到所有六个它们作为触发引脚，这意味着您将使用相同的命令一起触发所有6个触发引脚。这样您就可以避免使用更多5根线来触发它们。通常，使用此传感器的标准库，您将无法这样做，因为每个传感器都会与另一个传感器有问题。但是，每个传感器都有自己的回波（引脚和接线），因为它们的读数不同，每个传感器都会向Arduino发送不同的信号。

HC-SR04声纳的另外两个引脚是正面和正面。这两个与所有其他电子设备相同：指南针，显示屏和蓝牙。指南针将通过I2C（IIC）进行通信，将SDA和SCL连接到Arduino上的SDA和SCL。蓝牙将其发送器引脚和接收器引脚连接到微控制器的数字0和1引脚。注意它们的配置是通过软件完成的，如果你切换这些引脚，蓝牙将无法与设备配对。显示器还将在与罗盘相同的引脚上连接I2C，因为使用I2C，Arduino可以使用相同的引脚同时控制多个器件。

相对于H桥，您必须连接使能A和将B启用到正极引脚（在它旁边，只需使用跳线），否则电机不会运行。然后，将每个电机连接到H桥的正极和负极（带螺钉的侧面引脚），并且用螺钉保留的三个连接器是：接地，它将连接到arduino和所有其他设备，包括电池，正极9V-12V，完全来自电池，5V输出，将提供所有其他不是直流电机的设备。剩余的连接器是两对逻辑信号，用于控制每个电机的方向和功率。

PINOUT：

HMC5883L数字罗盘;

PIN 0 - SDA 》》》 Arduino模拟引脚A4;

PIN 1 - SCL 》》》 Arduino模拟引脚A5;

PIN 2 - GND 》》》 GND;

PIN 3 - VCC 》》》 VCC 5V;

HC-06蓝牙;

PIN 0 - RX 》》》 Arduino数字引脚0;

PIN 1 - TX 》》》 Arduino数字引脚1;

PIN 2 - GND 》》》 GND;

PIN 3 - VCC 》》》 VCC 5V;

第一个双H桥;

PIN 0 》》》 Arduino Digital Pin 4;

PIN 1 》》》 Arduino Digital Pin 5;

PIN 2 》》》 Arduino Digital Pin 6;

PIN 3 》》》 Arduino Digital Pin 7;

启用A 》》》 VCC;

启用B 》》》 VCC;

电源》》》电池正极9 - 12V;

GND 》》》电池GND和Arduino GND;

+ 5V OUT 》》》 Arduino VCC;

第二双H桥;

PIN 0 》》》 Arduino Digital Pin 3;

PIN 1 》》》 GND;

PIN 2 》》》未连接;

PIN 3 》》》未连接;

启用A 》》》 VCC;

启用B 》》》 GND;

电源》》》电池正极9 - 12V;

GND 》》》电池GND和Arduino GND;

+ 5V OUT 》》》未连接;

I2C LCD显示1602;

引脚0 - GND 》》》 Arduino GND;

引脚1 - VCC 》》》 Arduino VCC;

引脚2 - SDA 》》》 Arduino模拟引脚A4;

针脚3 - SCL 》》》 Arduino模拟针脚A5;

6超声波传感器HC-SR04;

引脚0 - VCC 》》》 Arduino VCC;

引脚1 - 触发》》》 Arduino数字引脚2;

Pin 2 - Echo 》》》连接Arduino数字引脚8，9，10，11，12和13;

引脚3 - GND 》》》 Arduino GND。

步骤3：安装机器人

让超声波传感器彼此之间以相等的角度固定例如，如果您使用六个，则将第一个放在机器人前面，将其他放置在距离它60度的位置。使用丙烯酸板作为机器人的层，因此更容易安装并使部件就位。拧紧所有层，将电池放在电机上方，但放在电子设备下面。这样你就可以降低它的重心，从而使它更稳定。

将所有正极导线和接地针也焊接在一起。我用传感器的所有引脚和另外5个直流电机引脚制作了一个连接器，因此在安装和拆卸时更容易理解。在H桥上方放置一层最后一层并将Arduino放在那里。我在微控制器上方使用了Prototyping Shield，因为它更容易焊接并固定指南针，这是需要特别注意的部分。没有必要将它放在机器人的中心，但它需要远离大的金属部件，如电机和电池。

可以将直流电机安装在一起。地毯清扫车有许多不同的方式，但有些比其他更好。因为我只有一个扫地机，我的尝试中有点难看。我发现将电机的轴线粘在清扫器的轴线上非常困难，通常在工作几分钟后，它们会断裂，特别是因为没有办法将它们正确对齐。所以我取下了电动机的减速轴，并将一个小齿轮粘在扫地机的轴上。然后我把马达的齿轮放在一起接触，一切都像魅力一样。但是，我希望我有一台3D打印机，事情会更简单，也更专业。

第4步：代码

图书馆：

“SweeperBot”使用Wire，I2Cdev，TimerOne（用于中断），Adafruit传感器，HMC5883和LCD库。您可以下载Zip文件，其中包含Arduino的代码和所有库。还包含适用于Windows Phone的蓝牙项目。

WINDOWS PHONE 8.1代码：

通过控制机器人的项目Windows Phone中的蓝牙改编自互联网上的示例。它改为有四个按钮，每个方向一个。上，下，左，右。每个按钮都会向机器人发送一个字母，分别是U，D，L和R.当机器人收到这些信件时，它会生成以下内容之一：

U - 机器人将方向设置为直接前进;

D - 机器人将转向背部直行;

L - 机器人将将方向设置为与当前“正在观察”的位置完全相差90度;

R - 机器人将方向设置为与其正好相差90度目前正在“寻找”;

机器人处理这些命令的方式可以通过Arduino上的代码进行更改。可以添加更多按钮来转动机器人，或者停止它，甚至可以让它向后移动。这段代码只是一个例子。也可以为其他设备制作类似的程序，例如用于IOS的Androids和。您必须发送机器人的唯一信件是这些字母 - U，D，L或R.

private async void RedButton_Click_1（object sender， RoutedEventArgs e） {

string command = “U”;

await connectionManager.SendCommand（command）;

}

private async void GreenButton_Click_1（object sender， RoutedEventArgs e） {

string command = “L”;

await connectionManager.SendCommand（command）;

}

private async void YellowButton_Click_1（object sender， RoutedEventArgs e） {

string command = “R”;

await connectionManager.SendCommand（command）;

}

private async void RedButton_Copy_Click（object sender， RoutedEventArgs e） {

string command = “D”;

await connectionManager.SendCommand（command）;

}

要将此代码部署到Windows Phone，您需要Visual Studio和开发人员解锁电话。这可以按照此链接上的说明进行。

ARDUINO代码：

在简历中，主要逻辑是机器人如下：

在6个可能的传感器中找到距离更近的物体的距离;

机器人处理距离的行为，并用向量X，Y指向所需方向（但是，如果从智能手机收到消息，则步骤2由设备发送的指示代替）;

数字罗盘给出了机器人的方向，以控制其轮子;

来自罗盘的信息X‘，Y’被归一化为空间［-1，1］;

期望方向的矢量与实际方向之间的交叉产物发现它们之间的误差;

PID方法计算两个车轮（2WD）的每个直流电机的PWM（功率）;

中断激活PWM;

随着项目的发展，我发现GitHub上可用的超声波传感器标准库与电机的PWM激活相冲突，因为他们都使用相同的计时器。由于这个项目使用5个引脚配置三个直流电机的PWM（这是唯一可能的，因为地毯清扫器只转向一个方向），而传感器更多7个，微控制器必须不断检查收到了阅读，无法使用互联网上提供的资料。

因此，为避免冲突，只配置了定时器1中断。通过这种中断，Arduino可以检查每个传感器上是否有读数：如果没有，它会为每个传感器增加一个变量，它将用作参数来查找到物体的距离。

void callback（） { //callback is the interruption name

noInterrupts（）;

//if no reading， increases variable sonarCount［n］， where n is the number of sensor

if （（sonar［0］ == 1） && （digitalRead（ECHO））） sonarCount［0］++;

//if there is readind on that sensor， sonar［n］ = 2 accuses object found

if （（sonar［0］ == 1） && （！digitalRead（ECHO）） && （sonarCount［0］ 》 0）） sonar［0］ = 2;

此外，在此中断期间，它会向电机投入全部电量。如果有一定数量的中断超过了PWM_R或PWM_L变量的数量，那么它对该给定电机的效力为零。

if （PWMCount == 0） {

if （PWML） { //if pwm left is positive then turn to a certain way

digitalWrite（MOTOR + 2， HIGH）;

digitalWrite（MOTOR + 3， LOW）;

} else { //else turn to the other side the left motor

digitalWrite（MOTOR + 2， LOW）;

digitalWrite（MOTOR + 3， HIGH）;

}

（。..）

if （PWMCount 》= abs（PWM_L）） { //if the counter equals the power we want

digitalWrite（MOTOR + 2， LOW）; //shut down both pins of this motor

digitalWrite（MOTOR + 3， LOW）;

}

（。..）

PWMCount++; //increases counter

if （PWMCount == 250） PWMCount = 0; //if counter equals maximum value we want

Timer1.attachInterrupt（callback）; //250 equals 100% power

}

在主循环期间，机器人继续搜索障碍和计算路线以避免它们或改变它的路径。如果开发人员想要配置潜在字段控制方法，或者更改机器人的行为，他只需要使用更好的obst（）函数。该程序的其他部分是必要的，不需要更改。当机器人通过蓝牙接收消息时，它会停止避开障碍物，只是听取用户输入。

void loop（） //main loop

{

lcd.clear（）; //clears previous messages on lcd

delay（10）;

search（）; //search obstacles and saves the distance value to each sensor

readings（）; //reads compass and calculates the error from its desired direction

calcPWM（）; //calculates the PWM for each motor based on PID

if （！mensagem） { //message from Bluetooth？ if not， continue doing this

obst（）; //here is where the robot defines its behavior

} //and where it defines the direction it want to go

（。..）

从代码的所有部分开始，所有部分都是非常基本的，唯一的一个这里要注意的有趣功能是读数（）。在其中，机器人获取数字罗盘上当前位置的值X，Y和Z.那么，如何将读数转化为让机器人知道它看哪个方向的东西？

首先得到原始值：

double rawX = event.magnetic.x;

double rawY = event.magnetic.y;

double rawZ = event.magnetic.z;

然后检查是否机器人在正确的平面上。这可以通过查看Z（垂直轴）是否具有某个小范围之间的值来实现

if （（rawZ 》 Zprim + 10） || （rawZ 《 Zprim - 10）） return; //if not right， return

现在是时候将X和Y值标准化为［ - 之间的空间 - 1，1］，以便从这些值计算sin（）和cos（）。

//Ymin， Ymax， Xmin and Xmax are obtained when the calibration occurs

vector［1］ = （（rawY） - （（Ymax + Ymin） / 2）） / （（Ymax - Ymin） / 2）;

vector［0］ = （（rawX） - （（Xmax + Xmin） / 2）） / （（Xmax - Xmin） / 2）;

我们现在使vectorOBJ ［n］成为一个双向向量，指向计划中的位置，我们想要机器人去。因此，要找到两个向量之间的误差，我们必须在它们之间产生交叉积。结果值是另一个向量，但与两者垂直，向上或向下，取决于其符号。

error = （vectorOBJ［0］ * vector［0］ + vectorOBJ［1］ * vector［1］） /

（sqrt（vectorOBJ［0］ * vectorOBJ［0］ + vectorOBJ［1］ * vectorOBJ［1］）

* sqrt（vector［0］ * vector［0］ + vector［1］ * vector［1］））;

error = （acos（error）） * 180 / PI; //from rad to degrees

//find out the way the result vector is pointing

sentido = vector［0］ * vectorOBJ［1］ - vector［1］ * vectorOBJ［0］;

if （sentido 》 0） error = -error;

步骤5：结论

最终词汇

焊接后，安装机器人并将代码部署到Arduino和手机，您仍然需要配置其许多属性。例如，代码上的正PWM值可能会转动轮子使机器人向后移动，而不是向前移动。也许正面将一个电机转向一侧而另一个转向另一侧。在这种情况下，只需切换电机端子上的电线，这很好。

也许您必须更改变量read而不是X和Y，也许您的指南针计划将使用X和Z，或Y和Z.取决于您如何放置和配置数字指南针。也许名为0（零）的传感器不会在机器人前面，你必须以不同方式连接或配置它们。

毕竟，你可能已经完成了你的机器人。您可以根据需要更改其行为，但我可以保证它将起作用，或者至少代码将会起作用。机器人将正确读取指南针，将计算他前进的位置，他想要去的方向，为每个电机提供多少功率，以及看每个传感器的障碍物有多远。剩下大量的ROM内存，所以你可以按照自己的意愿实现不同的策略。

再次，正如我在之前的Instructable（链接）中所写，这是关于带蓝牙和红外遥控的闹钟，我还有其他一些我想和你们分享的项目。如果有人喜欢这个，请在这里发表评论并关注我，因为我可能会再写一篇关于我为Windows Phone（或任何其他平台）制作的带有数字指南针，加速度计和蓝牙的智能手表（再次 - “ 蓝牙“ ）一切都更好。抱歉英文不好。

责任编辑：wv