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带蓝牙的清洁机器人的制作

454398 来源:网络整理 作者:佚名 2019-11-06 16:49 次阅读

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IOSAndroids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

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