सरल Arduino रोबोटिक्स प्लेटफार्म!: 5 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:24

रोबोटिक्स टीम की बैठकों के दौरान कुछ AVR माइक्रोकंट्रोलर के साथ खेलने के बाद मुझे बस एक Arduino मिला। मुझे वास्तव में एक सस्ते प्रोग्राम योग्य चिप का विचार पसंद आया जो एक साधारण कंप्यूटर इंटरफ़ेस से लगभग कुछ भी चला सकता है इसलिए मुझे एक Arduino मिला क्योंकि इसमें पहले से ही एक अच्छा बोर्ड और USB इंटरफ़ेस है। अपने पहले Arduino प्रोजेक्ट के लिए, मैंने एक Vex रोबोटिक्स किट खोदा, जो मैंने हाई स्कूल में की गई कुछ प्रतियोगिताओं के आसपास बिछाई थी। मैं हमेशा से एक कंप्यूटर चालित रोबोटिक्स प्लेटफॉर्म बनाना चाहता था लेकिन वीएक्स माइक्रोकंट्रोलर को एक प्रोग्रामिंग केबल की आवश्यकता होती है जो मेरे पास नहीं थी। मैंने मंच चलाने के लिए अपने नए Arduino (और शायद बाद में एक नंगे AVR चिप अगर मैं इसे काम कर रहा हूं) का उपयोग करने का फैसला किया। आखिरकार मैं एक नेटबुक प्राप्त करना चाहता हूं और फिर मैं वाईफाई का उपयोग करके रोबोट चला सकता हूं और इसके वेबकैम को दूर से देख सकता हूं।

मैं एक सभ्य सीरियल प्रोटोकॉल और एक साधारण उदाहरण प्राप्त करने में कामयाब रहा जो एक लिनक्स पीसी से जुड़े Xbox 360 नियंत्रक का उपयोग करके रोबोट चलाता है।

चरण 1: यह क्या कर सकता है …

Arduino एक बहुत ही बहुमुखी मंच है। मेरा मूल लक्ष्य सिर्फ Arduino को पीसी में दो Vex मोटर्स को इंटरफ़ेस करना था, लेकिन मेरे पास बहुत सारे बचे हुए इनपुट/आउटपुट पिन थे और कुछ अतिरिक्त सामान जोड़ने का फैसला किया। अभी मेरे पास सीरियल पोर्ट स्टेटस के लिए आरजीबी एलईडी है (हरा अगर पैकेट अच्छे हैं, लाल अगर वे खराब हैं) और एक ट्रांजिस्टर द्वारा संचालित एक पीसी प्रशंसक। मैं स्विच और सेंसर भी जोड़ सकता हूं लेकिन मैंने उनमें से कोई भी अभी तक नहीं लगाया है। इसके बारे में सबसे अच्छी बात यह है कि आप जो कुछ भी चाहते हैं उसे Arduino रोबोट में जोड़ सकते हैं। अतिरिक्त सामग्री को नियंत्रित करने और कंप्यूटर पर इनपुट प्राप्त करने में केवल थोड़ा सा इंटरफ़ेस कोड लगता है।

चरण 2: भाग

अपने रोबोट के लिए, मैंने कुछ अलग-अलग हिस्सों का इस्तेमाल किया। अधिकांश भाग पुराने सामान से थे जो मैंने अपने तहखाने के आसपास बिछाए थे। 1) Arduino Duemilanove w / ATMega328यह सबसे नया Arduino है, और चूंकि मुझे अभी कुछ दिन पहले मिला है, मेरे पास सबसे नया है। हालाँकि, कोड इतना छोटा है कि इसे किसी भी Arduino पर आसानी से फिट होना चाहिए। यह शायद एक ATTiny पर भी फिट हो सकता है (यदि मैं Arduino के अलावा एक रोबोट नियंत्रक का निर्माण करता हूं, तो ATTiny 2313 एक अच्छे विकल्प की तरह दिखता है, यह छोटा और सस्ता है लेकिन फिर भी इसमें बहुत सारे आउटपुट और एक सीरियल UART इंटरफ़ेस है) 2) Vex Robotics PlatformI हाई स्कूल प्रतियोगिता के लिए सामान लेने के लिए रेडियो-नियंत्रित रोबोट बनाने के लिए कुछ साल पहले एक वीएक्स किट मिला। मैंने मूल "स्क्वायर बॉट" बेस का निर्माण किया जिसमें दो मोटरों द्वारा संचालित 4 पहिए हैं। यदि आपके पास कोई अन्य प्लेटफ़ॉर्म है जिसे आप चलाना चाहते हैं, तो आप अन्य रोबोट ठिकानों को स्थानापन्न कर सकते हैं। ध्यान देने वाली महत्वपूर्ण बात यह है कि वीएक्स मोटर्स अनिवार्य रूप से निरंतर रोटेशन सर्वो हैं, वे पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेशन का उपयोग यह संकेत देने के लिए करते हैं कि कितनी तेजी से और किस दिशा में मुड़ना है। Vex मोटर्स अच्छे हैं क्योंकि उनके पास ऑपरेटिंग वोल्टेज की एक उच्च श्रेणी है, कहीं 5 से 15 वोल्ट के बीच। मैं 12V का उपयोग कर रहा हूं क्योंकि मेरे पास 12V की बैटरी थी। अधिकांश मानक हॉबी सर्वो के लिए, आपको कम वोल्टेज (अक्सर 6 वोल्ट) की आवश्यकता होगी। 3) बैटरी बिजली की आपूर्ति के बिना एक रोबोट बेकार है। परीक्षण के लिए मैं RadioShack से एक मानक 9V वॉल-वार्ट एडेप्टर का उपयोग करता हूं, लेकिन कॉर्डलेस ऑपरेशन के लिए मुझे एक प्राचीन लैपटॉप में 12V NiMH बैटरी पैक मिला। हालाँकि यह लैपटॉप को चलाने के लिए पर्याप्त चार्ज नहीं रखता है लेकिन यह मेरे Vex रोबोट को ठीक चलाता है। यह पावर कनेक्टर पर विन इनपुट पिन का उपयोग करके Arduino को भी पावर दे सकता है, Arduino 12V को 5 से नीचे नियंत्रित करेगा और यहां तक कि इसे पावर कनेक्टर पर 5V आउटपुट पिन से आउटपुट करेगा। 4) बेसिक ब्रेडबोर्डमैं वर्तमान में एक ब्रेडबोर्ड का उपयोग कर रहा हूं सब कुछ तार। आखिरकार मुझे कुछ और स्थायी कनेक्शनों पर एक अच्छा प्रोटोटाइप बोर्ड और मिलाप मिलेगा, लेकिन अभी के लिए ब्रेडबोर्ड चीजों को बदलना आसान बनाता है। मेरा ब्रेडबोर्ड स्पार्कफन का "बेसिक ब्रेडबोर्ड" है, 3 टर्मिनलों के साथ धातु की प्लेट पर सिर्फ एक ब्रेडबोर्ड। 5) MAX232-आधारित RS232-TTL कनवर्टर यदि आप RS-232 सीरियल पोर्ट कनेक्शन का उपयोग करके अपने रोबोट को चलाना चाहते हैं (जैसा कि Arduino के निर्मित के विपरीत) USB में) आप RS232-TTL कनवर्टर का उपयोग कर सकते हैं। मैं MAX232 का उपयोग कर रहा हूं क्योंकि मेरे पास उनमें से कुछ पड़े हुए थे और मैंने इसे आवश्यक कैपेसिटर के साथ प्रोटोटाइप बोर्ड के एक छोटे से टुकड़े पर मिला दिया। मुझे RS-232 की आवश्यकता है क्योंकि मेरे पुराने लैपटॉप में केवल एक USB पोर्ट है और मैं रोबोट को चलाने के लिए गेम कंट्रोलर के लिए इसका उपयोग कर रहा हूं। ६) वांछित के रूप में अतिरिक्त भाग सीरियल प्रोटोकॉल के आसान डिबगिंग के लिए, मैंने उस पर एक RGB LED लगाई (मेरे Arduino ऑर्डर के साथ एक मिला क्योंकि वे शांत लग रहे थे)। प्रकाश लाल, हरा, नीला क्रम में चमकता है जब रोबोट दिखाने के लिए Arduino बूट होता है और फिर एक मोटर पैकेट प्राप्त होने पर हरा रोशनी करता है, नीला जब एक प्रशंसक पैकेट प्राप्त होता है, और लाल जब खराब या अज्ञात होता है पैकेट मिल गया है। पंखे को चलाने के लिए मैंने एक मानक NPN ट्रांजिस्टर का उपयोग किया (वही जो मैंने अपने अंतिम निर्देश में प्रदर्शित किया था) और ट्रांजिस्टर और Arduino के बीच एक अवरोधक (ट्रांजिस्टर बहुत अधिक करंट खींच रहा था और Arduino को गर्म कर रहा था, इसलिए मैंने एक सीमित रखा रोकने के लिए रोकनेवाला)।

चरण 3: Arduino और PC प्रोग्रामिंग

Arduino को प्रोग्राम करने के लिए, आपको स्पष्ट रूप से Arduino सॉफ़्टवेयर और USB केबल की आवश्यकता होगी। यदि आपके पीसी में सीरियल पोर्ट है तो आप सीरियल पोर्ट और टीटीएल लेवल कन्वर्टर का उपयोग करके Arduino को भी प्रोग्राम कर सकते हैं। ध्यान दें कि USB सीरियल इंटरफ़ेस Arduino के ATMega प्रोसेसर के साथ संचार नहीं करेगा यदि Arduino के सीरियल पिन (पिन 0 और 1) से जुड़ा एक स्तर कनवर्टर है, तो USB का उपयोग करने से पहले इसे डिस्कनेक्ट कर दें। Arduino पर हमें एक सीरियल इंटरफ़ेस की आवश्यकता होगी जो अनुमति देता है मोटरों को नियंत्रित करने के लिए पीसी। हमें Vex मोटर्स को सही सिग्नल भेजने के लिए PWM सर्वो ड्राइव सिस्टम की भी आवश्यकता होगी और सुनिश्चित करें कि सही मान दिए जाने पर वे सही दिशाओं में जाते हैं। मैंने कुछ साधारण एलईडी फ्लैशिंग भी जोड़ीं, मुख्य रूप से स्टेटस इंडिकेशन के लिए, लेकिन इसलिए भी कि यह अच्छा दिखता है। पीसी पर हमें सीरियल पोर्ट खोलने और डेटा के फ्रेम भेजने की आवश्यकता होगी जिसे Arduino प्रोग्राम समझेगा। पीसी को भी मोटर मूल्यों के साथ आने की जरूरत है। ऐसा करने का एक आसान तरीका USB गेम पैड या जॉयस्टिक का उपयोग करना है, मैं Xbox 360 नियंत्रक का उपयोग कर रहा हूं। एक अन्य विकल्प वायरलेस तरीके से ड्राइव करने के लिए रोबोट पर नेटवर्क वाले कंप्यूटर (या तो नेटबुक या एक छोटा मिनी आईटीएक्स बोर्ड) का उपयोग करना है। नेटबुक के साथ, आप वीडियो फीड को वापस स्ट्रीम करने और अपने रोबोट को दूर से चलाने के लिए ऑनबोर्ड वेबकैम का भी उपयोग कर सकते हैं। मैंने अपने सेटअप के लिए नेटवर्क प्रोग्रामिंग करने के लिए लिनक्स सॉकेट सिस्टम का इस्तेमाल किया। एक प्रोग्राम ("जॉयस्टिक सर्वर") एक अलग पीसी पर चलाया जाता है जिसमें एक नियंत्रक प्लग इन होता है, और दूसरा प्रोग्राम ("क्लाइंट") Arduino से जुड़ी नेटबुक पर चलाया जाता है। यह दो कंप्यूटरों को जोड़ता है और जॉयस्टिक की जानकारी नेटबुक को भेजता है, जो तब रोबोट को चलाने वाले Arduino को सीरियल पैकेट भेजता है। Linux PC (C++ में) का उपयोग करके Arduino से कनेक्ट करने के लिए आपको पहले सीरियल पोर्ट को सही पर खोलना होगा बॉड दर और फिर एक प्रोटोकॉल का उपयोग करके मान भेजें जिसे आपने Arduino के कोड पर भी उपयोग किया है। मेरा धारावाहिक प्रारूप सरल और प्रभावी है। मैं दो मोटर गति (प्रत्येक एक एकल बाइट) भेजने के लिए 4 बाइट्स प्रति "फ्रेम" का उपयोग करता हूं। पहले और आखिरी बाइट हार्ड-कोडेड मान होते हैं जिनका उपयोग Arduino को गलत बाइट को PWM कोड में भेजने से रोकने के लिए किया जाता है और मोटर्स को पागल कर देता है। यह आरजीबी एलईडी का प्राथमिक उद्देश्य है, सीरियल फ्रेम अधूरा होने पर यह लाल रंग में चमकता है। 4 बाइट्स इस प्रकार हैं: 255 (हार्ड कोडेड "स्टार्ट" बाइट),, 200 (हार्ड कोडेड "एंड" बाइट) डेटा के विश्वसनीय रिसेप्शन को सुनिश्चित करने के लिए, सुनिश्चित करें कि आपने प्रोग्राम लूप के बीच पर्याप्त देरी की है। यदि आप अपना पीसी कोड बहुत तेजी से चलाते हैं, तो यह पोर्ट को भर देगा और Arduino बाइट्स को छोड़ना या गलत तरीके से पढ़ना शुरू कर सकता है। यहां तक कि अगर यह जानकारी नहीं छोड़ता है तो यह Arduino के सीरियल पोर्ट बफर को भी ओवरफ्लो कर सकता है। Vex मोटर्स के लिए, मैंने Arduino Servo लाइब्रेरी का उपयोग किया। चूंकि वीएक्स मोटर्स सिर्फ निरंतर रोटेशन मोटर्स हैं, वे ठीक उसी सिग्नलिंग का उपयोग करते हैं जो सर्वो का उपयोग करते हैं। हालांकि, 90 डिग्री केंद्र बिंदु होने के बजाय, यह स्टॉप पॉइंट है जहां मोटर स्पिन नहीं करता है। "कोण" को कम करने से मोटर एक दिशा में घूमना शुरू कर देता है, जबकि कोण को ऊपर उठाने से यह दूसरी दिशा में घूमता है। आप केंद्र बिंदु से जितना दूर होंगे, मोटर उतनी ही तेज़ी से घूमेगी। हालांकि यदि आप मोटर्स को 180 डिग्री से अधिक मान भेजते हैं तो यह कुछ भी तोड़ने वाला नहीं है, मैं मूल्यों को 0 से 180 डिग्री तक सीमित करने की सलाह दूंगा (जो इस मामले में गति वृद्धि है)। क्योंकि मैं अधिक नियंत्रण और नियंत्रण से कम रोबोट ड्राइविंग चाहता था, मैंने अपने प्रोग्राम में एक सॉफ्टवेयर "स्पीड लिमिट" जोड़ा जो गति को किसी भी दिशा में 30 "डिग्री" से ऊपर नहीं बढ़ने देता (रेंज 90 +/- 30 है). मैं एक सीरियल पोर्ट कमांड जोड़ने की योजना बना रहा हूं जो गति सीमा को बदलता है, ताकि यदि आप तेजी से जाना चाहते हैं तो कंप्यूटर फ्लाई पर सीमा को हटा सकता है (मैं छोटे कमरों में परीक्षण कर रहा हूं इसलिए मैं नहीं चाहता कि यह तेज हो और दीवार में दुर्घटनाग्रस्त हो गया, विशेष रूप से उस पर एक नेटबुक के साथ)। अधिक जानकारी के लिए, इस निर्देश के अंत में संलग्न कोड डाउनलोड करें।

चरण 4: दूर से अज्ञात दुनिया का पता लगाने के लिए एक नेटबुक जोड़ें

अपने Arduino रोबोट पर एक पूर्ण पीसी के साथ, आप अपने रोबोट को एक क्षेत्र में रोबोट को सीमित करने के लिए बिना किसी तार के अपने वाईफाई तक पहुंचने में सक्षम हैं। इस नौकरी के लिए एक अच्छा उम्मीदवार एक नेटबुक है, क्योंकि नेटबुक छोटी, हल्की होती है, इसमें एक अंतर्निर्मित बैटरी होती है, इसमें वाईफाई होता है, और अधिकांश में वेबकैम भी होते हैं जिनका उपयोग रोबोट के दृश्य को एक सुरक्षित स्थान पर वापस स्ट्रीम करने के लिए किया जा सकता है जहां आप इसे नियंत्रित कर सकते हैं। साथ ही, यदि आपकी नेटबुक मोबाइल ब्रॉडबैंड सेवा से लैस है, तो आपकी सीमा व्यावहारिक रूप से असीमित है। पर्याप्त बैटरियों के साथ आप अपने रोबोट को स्थानीय पिज़्ज़ा स्थान पर ले जा सकते हैं और वेबकैम पर एक ऑर्डर दे सकते हैं (अनुशंसित नहीं, आमतौर पर पिज्जा स्थानों में रोबोट की अनुमति नहीं है, भले ही वे लोग रोबोट को चुराने की कोशिश करने वाले हों और हो सकता है) यहां तक कि पिज्जा)। यह आपके कार्यालय की कुर्सी के आराम से अपने तहखाने की गहरी गहराई का पता लगाने का एक अच्छा तरीका हो सकता है, हालांकि इस मामले में कुछ हेडलाइट्स जोड़ना बहुत मददगार हो सकता है।

इसे काम करने के कई तरीके हैं, कई शायद मेरी तुलना में बहुत आसान हैं, हालांकि मैं प्रसंस्करण या स्क्रिप्ट-आधारित भाषाओं से परिचित नहीं हूं इसलिए मैंने अपने बेस स्टेशन (उर्फ) के बीच वायरलेस नियंत्रण लिंक बनाने के लिए लिनक्स और सी ++ का उपयोग करने का विकल्प चुना। पुराना थिंकपैड) और मेरा नया लेनोवो आइडियापैड नेटबुक जो कि Arduino ड्राइव बेस से जुड़ा है। दोनों पीसी उबंटू चला रहे हैं। मेरा थिंकपैड मेरे स्कूल के लैन में प्लग किया गया है और मेरा आइडियापैड मेरे वाईफाई एक्सेस प्वाइंट से जुड़ा है जो स्कूल के लैन से भी जुड़ा है (मुझे स्कूल वाईफाई से एक विश्वसनीय वीडियो स्ट्रीम नहीं मिल सका क्योंकि बाकी सभी लोग इसका इस्तेमाल कर रहे हैं, इसलिए मैंने सेट किया एक अच्छा कनेक्शन प्रदान करने के लिए मेरा अपना राउटर)। मेरे मामले में एक अच्छा कनेक्शन विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि मैंने कोई त्रुटि-जांच या टाइमआउट लागू नहीं किया है। यदि नेटवर्क कनेक्शन अचानक गिर जाता है, तो रोबोट तब तक चलता रहता है जब तक कि वह किसी चीज से क्रैश न हो जाए या मैं उसे चलाकर बंद न कर दूं। मोटरों को कम करके और सॉफ़्टवेयर गति सीमा को लागू करके ड्राफ़्ट्रेन को धीमा करने के मेरे निर्णय के पीछे यह मुख्य कारक है।

चरण 5: एक वीडियो फ़ीड प्राप्त करें

आपका रोबोटिक एक्सप्लोरर वायरलेस तरीके से ड्राइव कर सकता है, इसके बाद आप शायद नेटबुक से एक वीडियो फीड लेना चाहेंगे ताकि आप बता सकें कि आपका रोबोट कहां है। यदि आप उबंटू का उपयोग कर रहे हैं (या यदि आप नहीं भी हैं!) तो मैं स्ट्रीम करने के लिए वीएलसी मीडिया प्लेयर का उपयोग करने की सलाह देता हूं। यदि आपने इसे इंस्टॉल नहीं किया है, तो आप वास्तव में गायब हैं, इसलिए इसे "sudo apt-get install vlc" कमांड का उपयोग करके इंस्टॉल करें, उबंटू सॉफ्टवेयर सेंटर (केवल 9.10) में वीएलसी ब्राउज़ करें, या वीडियोलान पर इंस्टॉलर डाउनलोड करें। org यदि आप विंडोज़ पर हैं। आपको दोनों पीसी पर चलने वाले वीएलसी की आवश्यकता होगी। वीएलसी स्ट्रीमिंग के साथ-साथ नेटवर्क पर स्ट्रीम चलाने में सक्षम है। नेटबुक (रोबोट पीसी) पर पहले सुनिश्चित करें कि आपका वेबकैम (या तो अंतर्निर्मित या यूएसबी कनेक्टेड) ओपन कैप्चर डिवाइस पर क्लिक करके और लिनक्स 2 के लिए वीडियो का प्रयास करके काम करता है (कुछ पुराने उपकरणों को नए 2 संस्करण के बजाय लिनक्स के लिए वीडियो की आवश्यकता हो सकती है)। आपको नेटबुक स्क्रीन पर कैमरे का दृश्य देखना चाहिए। इसे स्ट्रीम करने के लिए, फ़ाइल मेनू से स्ट्रीमिंग चुनें और फिर दिखाई देने वाली विंडो के शीर्ष पर कैप्चर डिवाइस टैब चुनें। याद रखें कि उबंटू (और कई अन्य लिनक्स डिस्ट्रोस) आपको उन विंडो को क्लिक करने और खींचने के लिए Alt दबाए रखते हैं जो आपकी स्क्रीन के लिए बहुत बड़ी हैं (विशेष रूप से पुरानी नेटबुक पर उपयोगी है, हालांकि मेरे आइडियापैड में बिना किसी स्पष्ट कारण के अजीब 1024x576 रिज़ॉल्यूशन है)। विलंब को कम करने के लिए, "अधिक विकल्प दिखाएं" पर क्लिक करें और कैशिंग मान कम करें। आप इसे कितनी मात्रा में कम कर सकते हैं यह कभी-कभी डिवाइस पर निर्भर करता है, यदि आप इसे बहुत कम करते हैं तो यह अस्थिर हो जाता है। 300ms पर आपको थोड़ी देरी हो सकती है लेकिन यह बहुत बुरा नहीं है।

अगला, अगले मेनू पर जाने के लिए स्ट्रीम पर क्लिक करें। अगला क्लिक करें, फिर HTTP को नए गंतव्य के रूप में चुनें और जोड़ें। स्ट्रीम को छोटा करने के लिए अब ट्रांसकोडिंग सेट करें। मैंने एक कस्टम प्रोफ़ाइल बनाई है जो 60kb/s और 8fps पर M-JPEG का उपयोग करती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एमपीईजी या थियोरा जैसे उन्नत कोडेक का उपयोग करने से नेटबुक के एटम प्रोसेसर पर भारी मात्रा में सीपीयू समय नष्ट हो जाएगा और यह बिना किसी स्पष्ट कारण के आपकी वीडियो फ़ीड को रोक सकता है। एमजेपीईजी एक सरल कोडेक है जिसे कम बिटरेट पर उपयोग करना आसान है। अपनी स्ट्रीम शुरू करने के बाद, अपने दूसरे पीसी पर वीएलसी खोलें, एक नेटवर्क स्ट्रीम खोलें, HTTP चुनें, और फिर अपनी नेटबुक का आईपी पता टाइप करें (या तो स्थानीय या इंटरनेट पर निर्भर करता है कि आप कैसे कनेक्ट कर रहे हैं) उसके बाद ":8080"। आपको किसी अजीब कारण से पोर्ट निर्दिष्ट करने की आवश्यकता है, अन्यथा यह आपको त्रुटियां देता है। यदि आपके पास एक अच्छा कनेक्शन है, तो आपको अपने अन्य पीसी पर अपने वेबकैम की फ़ीड देखनी चाहिए, लेकिन इसमें थोड़ी (लगभग एक सेकंड) देरी होगी। मुझे नहीं पता कि यह देरी क्यों होती है, लेकिन मैं यह नहीं समझ सकता कि इससे कैसे छुटकारा पाया जाए। अब कंट्रोल ऐप खोलें और अपना नेटबुक रोबोट चलाना शुरू करें। यह महसूस करें कि गाड़ी चलाते समय देरी कैसे काम करती है ताकि आप किसी भी चीज़ से टकरा न जाएँ। यदि यह काम करता है, तो आपका नेटबुक रोबोट समाप्त हो गया है।