Своими руками

Авто с управлением удаленным компьютером

Сейчас одной из актуальных обсуждаемых тем являются беспилотные автомобили. Некоторые пытаются сделать их на базе Raspberry Pi и используя технологию компьютерного зрения. Это нормальное решение, которое имеет свои достоинства и недостатки.
Другой, но более простой способ — это автомобиль, следящий за линией. Такие роботы следуют за определенной цветной линии, нарисованной на дорожном покрытии. Такой способ можно реализовать с помощью камеры или ИК-датчика.
Мастер реализовал еще один способ, в котором дорожному покрытию не нужны линии, а автомобилю следящие датчики.
В данном случае задача реализована следующим образом: дорога запрограммирована на удаленном компьютере и он же, компьютер дает команды автомобилю, куда нужно повернуть и когда остановится.
На экране удаленного компьютера движется автомобиль по заданному маршруту. Программа вычисляет траекторию движения и два авто, один на компьютере, второй на дороге, синхронно выполняют команды.
Авто с управлением удаленным компьютеромДавайте посмотрим видео, и в самом начале его будет демонстрация работы такого комплекса.

Инструменты и материалы:-Arduino Nano;-Модуль драйвера двигателя L298n;-Мотор + колеса — 4шт;-Модуль Bluetooth HC05;
-Соединительные провода;
-Паяльные принадлежности;
-Лист ПВХ;
-Аккумулятор 7,4 В;
-Клеевой пистолет;
Авто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромШаг первый: корпус
Корпус или платформа авто сделана из ПВХ. В принципе материал и форма значения не имеют и авто нужен только как способ проверки работы комплекса.
Размечает и вырезает платформу. Закрепляет двигатели и подключает провода.
Авто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромШаг второй: плата и схема
Мастер разработал схему с помощью программы EasyEDA. Затем разработал печатную плату и заказал ее изготовление на соответствующем сервисе. Скачать файлы для изготовления платы можно здесь.
Авто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромПосле изготовления платы все собрал и подключил.
Левые моторы к D5, D6
Правые моторы к D3, D4
Модуль Bluetooth
VCC к 5 В
Gnd к Gnd
tx к Arduino Rx
Rx к Arduino Tx
После монтажа подключил аккумуляторы.
Авто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютеромШаг третий: программирование Arduino
Теперь можно загрузить программу в робота. Поскольку модуль bluetooth подключен к аппаратному последовательному порту, мастер снимает перемычку перед загрузкой кода.
Сначала он определил, к какому выводу подключены двигатели

 // Declare motor pins
 // motors of same side work as one
 // so we can consider both as one.
int rightMotor1 = 2;                // right side
int rightMotor2 = 3;
int leftMotor1 = 5;                 // left side
int leftMotor2 = 6;

Затем устанавливает выводы двигателя как выходные данные в функции setup ()

  // Set pin modes
  pinMode(rightMotor1, OUTPUT);
  pinMode(rightMotor2, OUTPUT);
  pinMode(leftMotor1, OUTPUT);
  pinMode(leftMotor2, OUTPUT);

Затем инициализировал последовательную связь для получения данных от модуля Bluetooth —

// Initialize serial communication
  Serial.begin(9600);

Эта часть проверяет байтовые данные из последовательного порта, к которому подключен модуль Bluetooth.

// Variable to store received data
byte command;

// Get command data from bluetooth serial port
  command = Serial.read();

Команды следующие:
‘f’ — вперед
‘b’ — назад
‘l’ — влево
‘r’ — вправо
У каждого мотора есть два контакта. Чтобы запустить их в нужном направлении, нам нужно сделать один вывод HIGH, а другой — LOW. Если они оба одновременно HIGH или LOW, моторы не будут вращаются.

if (command == 'f'){
    // indicates forward motion
    digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
    digitalWrite(rightMotor2, LOW);
    digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
    digitalWrite(leftMotor2, LOW);

Загружает код с помощью Arduino.ide и переходит к следующему шагу.

/* ** Virtual Path Following Robot *
 *  Robot Actuator's program
 *  
 *  This robot takes commands from a python program
 *  and follows those commands. This robot demonstrates
 *  virtual path following robots and it's scopes.
 *  
 *  *********** License: GPL3+  *************
 *  You should receive a copy of the license
 *  with this program.
 *  
 *  (c) author: ashraf minhaj
 *      mail  : ashraf_minhaj@yahoo.com
 *      
 *  Tutorial for this project:
 *       http://youtube.com/fusebatti

 *       http://youtube.com/fusebatti

 *      
 *  written on 15th Feb 2021
 */

 // Declare motor pins
 // motors of same side work as one
 // so we can consider both as one.
int rightMotor1 = 2;                // right side
int rightMotor2 = 3;
int leftMotor1 = 5;                 // left side
int leftMotor2 = 6;

// Variable to store received data
byte command;

void setup() {
  // Set pin modes
  pinMode(rightMotor1, OUTPUT);
  pinMode(rightMotor2, OUTPUT);
  pinMode(leftMotor1, OUTPUT);
  pinMode(leftMotor2, OUTPUT);

  // Initialize serial communication
  // at 9600 buad rate
  // sender/python code will also use
  // the same buad
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // Get command data from bluetooth serial port
  command = Serial.read();

  // Decide which way to go based on received data
  if (command == 'f'){
    // indicates forward motion
    digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
    digitalWrite(rightMotor2, LOW);
    digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
    digitalWrite(leftMotor2, LOW);
  }

  if (command == 'b'){
    // Backward motion
    digitalWrite(rightMotor1, LOW);
    digitalWrite(rightMotor2, HIGH);
    digitalWrite(leftMotor1, LOW);
    digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
  }

  if (command == 'r'){
    // Right turn
    digitalWrite(rightMotor1, LOW);
    digitalWrite(rightMotor2, HIGH);
    digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
    digitalWrite(leftMotor2, LOW);
  }

  if (command == 'l'){
    // Left turn
    digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
    digitalWrite(rightMotor2, LOW);
    digitalWrite(leftMotor1, LOW);
    digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
  }

  if (command == 's'){
    // Stops the robot/car
    digitalWrite(rightMotor1, LOW);
    digitalWrite(rightMotor2, LOW);
    digitalWrite(leftMotor1, LOW);
    digitalWrite(leftMotor2, LOW);
  }
}

Шаг четвертый: код Python
Сначала нужно загрузить программу python (python.org/downloads).
Для работы программы нужны две библиотеки: pygame и pySerial. Мастер установил их из командной строки вот таким способом:

$ pip install pygame
$ pip install pySerial

Затем нужно установить алгоритм «чтения» дороги и движения по ней машины.

bg = pygame.image.load ("track1.png") 
car = pygame.image.load ("car.png")

Чтобы отправить данные с ПК на Bluetooth Arduino, сначала нужно подключить модуль Bluetooth к своему компьютеру.
Включаем Bluetooth
Переходим в panel > device manager
Далее Search for new devices
Добавляем устройство (HC05) вводим пароль (по умолчанию «0000» или «1234»]Затем кликает по свойствам устройства, чтобы получить номер порта HC05, на PC он был ‘COM8’. Python соединяется так:

PORT = "COM8"
BUADRATE = 9600
robot = serial.Serial(PORT, BUADRATE)  # connect robot

Чтобы робот проверил окружение, нужно найти центр машины:

# find the center of the car and draw a point on that
center_x, center_y = (int(car_x + 40 /2), int(car_y + 40 / 2))

Остальная часть кода проверяет дорогу и поворачивает или перемещает машину. Данные в Arduino через последовательный порт отправляются следующим образом:

# start the robot
robot.write(b'f')

# turn left
robot.write(b'l')

Теперь можно загрузить код:

"""
    ** Virtual Path Follower Robot **

    License: GPL3
    You should receive a copy of license with this program.

    (c) author: ashraf minhaj
        mail  : ashraf_minhaj@yahoo.com
    
    Written on 15th Feb 2021
"""

""" install - 
$ pip install pygame
$ pip install pySerial
"""

# import library
import pygame
import serial
from time import sleep

# robot port and buadrate
# change these according to your need
PORT = "COM8"
BUADRATE = 9600

# initialize things
pygame.init()
robot = serial.Serial(PORT, BUADRATE)  # connect robot

# create window with size (our image size)
window = pygame.display.set_mode((700,400))  # track 1
#window = pygame.display.set_mode((1155,399))   # track 2

# load image file
bg  = pygame.image.load("track1.png")
#bg  = pygame.image.load("track2.png")
car = pygame.image.load("car.png")
car = pygame.transform.scale(car, (40, 40)) # resize car image

""" main loop varibales and things """
# set up timer clock 
clock = pygame.time.Clock()

# initial x y axis position of the car
car_x = 30   
car_y = 260  

JUMP_VALUE = 25     # turning point value
direction = 'y_up'  # cars current direction
run = 1

# start the robot
robot.write(b'f')
DELAY = .400
# main loop
while run:
    clock.tick(30)         # update the window/run loop by this speed
    #check for events
    for event in pygame.event.get():
        # quit button clicked
        if event.type == pygame.QUIT:
            run = 0

    # position images
    window.blit(bg, (0, 0))          # load the track image
    window.blit(car, (car_x, car_y)) # the car image

    # record last x, y pos of car
    last_x, last_y = car_x, car_y
    
    # find the center of the car and draw a point on that
    center_x, center_y = (int(car_x + 40 /2), int(car_y + 40 / 2))
    pygame.draw.circle(window, (0,255,255), (center_x, center_y), 5, 5)

    # check surrounding (4 direction data)
    # the calibration value is the pixel from car's sensor/mid point
    # so it checks for road info 30 pixels far from the sensor.
    # 255 means we have a clear white road
    cal_value = 30              # calibrate this to get good data
    y_up      = window.get_at((center_x, center_y - cal_value))[0]
    y_down    = window.get_at((center_x, center_y + cal_value))[0]
    x_right   = window.get_at((center_x + cal_value, center_y))[0]
    x_left    = window.get_at((center_x - cal_value, center_y))[0]
    #print("y_up   ", y_up)
    #print("y_down ", y_down)
    #print("x_right", x_right)
    #print("x_left ", x_left)
    #print("-----------")

    # determine which way to go
    # go up
    if y_up == 255 and direction == 'y_up' and x_left != 255 and x_right != 255:
        # move up
        car_y -= 2  # decrease pixel and move the car on y axis
        
    # make the turn
    if y_up == 255 and direction == 'y_up' and x_left != 255 and x_right == 255:
        # make a right turn
        direction = 'x_right'
        car_y -= JUMP_VALUE
        car_x += JUMP_VALUE
        car = pygame.transform.rotate(car, -90)
        window.blit(car, (car_x, car_y))
        print('Turn Right')
        robot.write(b'r')
        sleep(DELAY)
        robot.write(b'f')

    # go x right
    if y_up != 255 and direction == 'x_right' and y_down != 255 and x_right == 255:
        car_x += 2

    if y_down == 255 and direction == 'x_right' and x_left == 255 and x_right == 255:
        # make a turn from x_right
        car = pygame.transform.rotate(car, -90)
        direction = 'y_down'
        car_y += JUMP_VALUE + 5
        car_x += JUMP_VALUE
        window.blit(car, (car_x, car_y))
        print('Turn Right')
        robot.write(b'r')
        sleep(DELAY)
        robot.write(b'f')

    # go y down
    if y_down == 255 and direction == 'y_down' and x_left != 255 and x_right != 255:
        # move down
        car_y += 2

    # left turn
    if y_down == 255 and direction == 'y_down' and x_left != 255 and x_right == 255:
        # turn from y_down
        car = pygame.transform.rotate(car, 90)
        direction = 'x_right'
        car_y += JUMP_VALUE
        car_x += JUMP_VALUE
        print('Turn left')
        robot.write(b'l')
        sleep(DELAY)
        robot.write(b'f')
    
    # turn to y up
    if y_up == 255 and direction == 'x_right' and x_left == 255 and x_right == 255:
        # turn from y_down
        car = pygame.transform.rotate(car, 90)
        direction = 'y_up'
        car_y -= JUMP_VALUE + 5
        car_x += JUMP_VALUE
        print('Turn left')
        robot.write(b'l')
        sleep(DELAY)
        robot.write(b'f')
    
    # if car is stopped
    if car_x == last_x and car_y == last_y:
        # stop the engine sound
        print("STOPPED")
        robot.write(b's')
        
    pygame.display.update()  # update the window

pygame.quit()      #close everything

Все готово. Конечно, такой автомобиль не выпустишь на дороги общего пользования, но использовать устройства на предприятии вполне возможно.
Авто с управлением удаленным компьютеромАвто с управлением удаленным компьютером

Подборки: Робот программирование автопилот

Apr

Только те, кто предпринимают абсурдные попытки, смогут достичь невозможного. - Альберт Эйнштейн

Follow us

Don't be shy, get in touch. We love meeting interesting people and making new friends.