使用Arduino的手勢控制機器人

在這個項目中，我們使用Arduino設計了一個簡單的手勢控制的機器人。這個手勢控制機器人是基于Arduino Nano、MPU6050、射頻發(fā)射器-接收器對和L293D電機驅(qū)動器。

盡管標題說是手勢控制機器人，但從技術上講，這個機器人是由手的傾斜度控制的。

前言

機器人是一個由計算機程序操作的電子機械系統(tǒng)。機器人可以是自主的或半自主的。自主的機器人不受人類的控制，通過對環(huán)境的感知來決定自己的行為。

大多數(shù)工業(yè)機器人是自主的，因為它們需要以高速和高精確度進行操作。但有些應用需要半自主或人類控制的機器人。

一些最常用的控制系統(tǒng)是語音識別、觸覺或觸摸控制和運動控制。

經(jīng)常實現(xiàn)的運動控制機器人之一是手勢控制的機器人。在這個項目中，使用MPU6050開發(fā)了一個手勢控制機器人，它是一個三軸加速器和三軸陀螺儀傳感器，控制器部分是Arduino Nano。

沒有使用帶有按鈕或操縱桿的遙控器，而是使用手勢來控制機器人的運動。

該項目基于無線通信，手勢的數(shù)據(jù)通過射頻鏈接（射頻發(fā)射器-接收器對）傳輸給機器人。

該項目分為發(fā)射器和接收器部分。發(fā)送器和接收器部分的電路圖和元件將分別解釋。

手勢控制機器人的原理

為了理解手勢控制機器人的工作原理，讓我們把這個項目分為三個部分。

第一部分是通過Arduino從MPU6050加速器陀螺儀傳感器獲取數(shù)據(jù)。Arduino不斷從MPU6050獲取數(shù)據(jù)，并根據(jù)預定的參數(shù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到射頻發(fā)射器。

項目的第二部分是射頻發(fā)射器和射頻接收器之間的無線通信。射頻發(fā)射器在收到Arduino的數(shù)據(jù)后（通過編碼器IC），通過射頻通信將其傳送給射頻接收器。

最后，項目的第三部分是對射頻接收器收到的數(shù)據(jù)進行解碼，并將適當?shù)男盘柊l(fā)送至電機驅(qū)動IC，從而激活機器人的車輪電機。         

手勢控制機器人的方框圖

下面的圖片顯示了發(fā)射器和接收器部分的手勢控制機器人的簡單框圖。

發(fā)射器方框圖

接收器方框圖

發(fā)射器部分的電路圖

下圖顯示了手勢控制機器人項目發(fā)射器部分的電路圖。

發(fā)射器部分的元件

Arduino Nano

434MHz射頻發(fā)射器

HT-12E編碼器IC

MPU6050加速器/陀螺儀傳感器

750KΩ電阻

接收器部分的電路圖

接收器部分的元件

L293D電機驅(qū)動IC

HT-12D解碼器IC

434MHz射頻接收器

33KΩ電阻

330Ω電阻

LED

4個帶輪子的齒輪馬達

機器人底盤

部件描述

MPU6050

MPU6050是愛好者和發(fā)燒友最常使用的傳感器模塊之一。它由加速器和陀螺儀組成，并提供6個自由度（3軸加速器和3軸陀螺儀）。

射頻發(fā)射器和接收器模塊

發(fā)射器和接收器之間的通信是使用射頻模塊。在這個項目中使用了一對434MHz的發(fā)射器和接收器。

HT-12E

它是一個編碼器集成電路，將4位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，以便通過射頻鏈路進行傳輸。

HT-12D

它是一個解碼器IC，將射頻接收器接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成4位并行數(shù)據(jù)。這個并行數(shù)據(jù)可以用來驅(qū)動電機。

帶有編碼器和解碼器的射頻鏈接

手勢控制機器人的電路設計

發(fā)射器部分

機器人的發(fā)射器部分由Arduino Nano板、MPU6050傳感器、HT-12E編碼器IC和一個射頻發(fā)射器組成。Arduino和MPU6050傳感器之間的通信是通過I2C接口進行的。因此，MPU6050傳感器的SCL和SDA引腳被連接到Arduino Nano的A5和A4引腳。

此外，我們將使用MPU6050的中斷引腳，因此，它被連接到Arduino Nano的D2。 

HT-12E是一個編碼器集成電路，通常與射頻發(fā)射器模塊有關。它將12位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)。12位數(shù)據(jù)被分為地址和數(shù)據(jù)位。A0到A7（針腳1到針腳8）是地址位，它們用于數(shù)據(jù)的安全傳輸。這些引腳可以保持開放或連接到地（Vss）。在這個電路中，HT-12E的第1至第9針（A0 - A7和Vss）連接到地。

10-13腳（AD8、AD9、AD10和AD11）是HT-12E的數(shù)據(jù)引腳。它們接收來自外部的4個字的并行數(shù)據(jù)，如微控制器（本例中為Arduino Nano）。它們分別與Arduino Nano的D12、D11、D10、D9引腳相連。

TE'是傳輸使能引腳，它是一個低電平有效引腳。只要TE'為低電平，數(shù)據(jù)就會被傳輸。因此，第14針（TE'）也被連接到地。

編碼器IC在16和15號引腳（OSC1和OSC2）之間有一個內(nèi)部振蕩器電路。在這些引腳之間連接了一個750KΩ的電阻來啟用振蕩器。Dout（針腳17）是串行數(shù)據(jù)輸出針腳。它與射頻發(fā)射器的數(shù)據(jù)輸入引腳相連。

Arduino Nano和MPU6050都有3.3V穩(wěn)壓器。因此，所有的VCC引腳都連接到一個穩(wěn)定的5V電源。

接收器部分

機器人的接收部分包括一個射頻接收器、HT-12D解碼器、L293D電機驅(qū)動器和一個帶有四個輪子的電機的機器人底盤。

HT-12D是通常與射頻接收器相關的解碼器IC。它將射頻鏈路收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。A0到A7（針腳1到針腳8）是地址針腳，必須與編碼器的地址針腳匹配。

由于編碼器（HT-12E）的地址引腳是接地的，所以解碼器的地址引腳也必須接地。因此，1-9號針腳（A0-A7和Vss）要接地。來自射頻接收器的串行數(shù)據(jù)被賦予解碼器IC的Din（針腳14）。

HT-12D有一個內(nèi)部振蕩器，在OSC1和OSC2（16和15腳）之間連接一個33KΩ的外部電阻。17腳（VT）表示數(shù)據(jù)的有效傳輸，當數(shù)據(jù)引腳上出現(xiàn)有效數(shù)據(jù)時，該腳將為高電平。一個與330Ω電阻串聯(lián)的LED被連接到這個引腳，以指示有效的數(shù)據(jù)傳輸。

HT-12D的10至13腳（D8、D9、D10和D11）是并行數(shù)據(jù)輸出腳。它們被連接到L293D電機驅(qū)動IC的輸入引腳（分別為2、7、10和15腳）。

L293D電機驅(qū)動芯片用于為電機提供必要的電流（用于正反方向）。引腳1和9是使能引腳，與引腳16（這是邏輯電源）一起連接到VCC（+5v）。引腳3-6和11-14是輸出，與四個電機相連。

第8針是電機電源針，連接到一個單獨的電源。因此，在接收器部分你需要兩個電池；一個用于電路，一個用于電機。

手勢控制機器人的工作

在這個項目中，我們設計了一個由手勢控制的移動機器人。這里解釋一下該機器人的工作。

如前所述，手勢控制機器人是一種無線操作的機器人，有兩個部分： 發(fā)射器和接收器。當機器人通電后，由Arduino、MPU6050、編碼器和射頻發(fā)射器組成的發(fā)射器部分將持續(xù)監(jiān)測MPU6050傳感器。

這些數(shù)據(jù)被Arduino捕獲，然后根據(jù)MPU6050傳感器的方向，將相應的數(shù)據(jù)傳送給編碼器。編碼器收到的并行數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，該串行數(shù)據(jù)由射頻發(fā)射器傳輸。

在接收部分，射頻接收器接收串行數(shù)據(jù)并將其傳送給解碼器IC。解碼器將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，并將此并行數(shù)據(jù)提供給電機驅(qū)動IC?；谶@些數(shù)據(jù)，電機的運動，以及機器人的運動被定義。

應用

無線控制機器人在許多應用中非常有用，如遠程監(jiān)控、軍事等。

手勢控制機器人可以被坐在輪椅上的殘疾人使用。

可以開發(fā)手勢控制的工業(yè)級機器人手臂。

到目前為止，你已經(jīng)知道了手勢控制機器人，它完全根據(jù)你的手的時刻（對設備的輸入標志）來移動。如果你正在尋找一個類似的低預算設備，那么機器人吸塵器最適合你，因為它有更大的功能來清潔你的家。